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vector 用法与容量 ​

更新时间：2026-08-27。本文是 languages/cpp/ 主题入门层第 32 篇，STL 子族开篇（存量 stl-containers 拆解迁入）。vector 是 C++ 的默认容器：动态数组、连续内存、自动扩容。它最大的坑藏在"容量 vs 大小"这对概念里——push_back 为什么会突然慢一下？reserve 凭什么救场？本篇讲透。

本文要回答的问题 ​

  • vector 的基本操作有哪些？和 C 数组什么关系？
  • 容量（capacity）和大小（size）有什么区别？
  • push_back 扩容为什么是性能陷阱？reserve 怎么救？

一、vector 的基本用法 ​

std::vector 是"能自动长大的数组"：

cpp
#include <vector>

std::vector<int> v;            // 空数组
v.push_back(1);                // 末尾追加
v.push_back(2);
v.push_back(3);

v.size();                      // 元素个数 = 3
v[0];                          // 随机访问 O(1)，和数组一样快
v.at(0);                       // 带边界检查的访问（越界抛异常）
v.empty();                     // 是否为空

// 遍历
for (int x : v) { /* ... */ }              // 范围 for
for (auto& x : v) { x *= 2; }              // 修改元素加引用

// 初始化
std::vector<int> w = {1, 2, 3};            // 列表初始化
std::vector<int> z(10, 5);                 // 10 个 5

v[0] 和数组下标一样 O(1) 随机访问、不检查边界（越界是未定义行为）；想要安全版用 .at(0)，越界会抛 std::out_of_range 异常。性能敏感处用 []，图省心用 at。

内存连续是 vector 的灵魂：元素在内存里一个挨一个，遍历时按地址顺序读，缓存命中率极高（第 09 篇循环那套缓存理论在这里直接受益）。这也是 vector 成为默认首选的根本原因。

二、大小 vs 容量 ​

两个概念必须分清：

cpp
std::vector<int> v;
v.reserve(100);          // 预分配能装 100 个元素的内存

v.size();                // 大小：当前实际有多少个元素 = 0
v.capacity();            // 容量：当前分配的内存能装多少个 = 100
  • size（大小）：现在有几个元素；
  • capacity（容量）：已经申请了多少空间，还能塞几个不重新分配。

push_back 一个新元素，size 加 1；只有当 size 要超过 capacity 时，才触发扩容。

三、扩容：push_back 为什么偶尔卡一下 ​

vector 的空间是连续内存，满了怎么办？重新找一块更大的内存、把旧元素全搬过去：

vector 用法与容量 示意图

扩容本身是 O(n)：申请新内存 + 搬全部元素。虽然容量按倍数增长（通常 1.5~2 倍），均摊下来 push_back 还是 O(1)，但扩容发生的那一次会明显卡一下——高频插入场景下，这种间歇卡顿不可接受。

reserve 救场：提前知道要装多少，就 v.reserve(n) 把容量一次到位：

cpp
std::vector<int> v;
v.reserve(1000000);            // 先申请好
for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {
    v.push_back(i);            // 全程不扩容，稳定 O(1)
}

对比 resize：resize(n) 是改变大小（多出的元素用默认值填），reserve(n) 只改容量不动大小。先 reserve 再 push_back 是高频插入的标准姿势。

四、和 C 数组对比 ​

对比项C 数组C++ std::vector
大小编译期固定动态增长
越界检查无.at() 可选
长度要自己记（sizeof(arr)/sizeof(arr[0])）.size()
传参退化指针 + 长度直接传引用
扩容手动 realloc自动
栈/堆取决于声明位置元素在堆上

C 数组的痛点全在这张表里：长度要自己记、传参要带长度、越界没商量。vector 把这些全包了。C 里"数组 + 长度"当参数传来传去，C++ 一个 const std::vector<int>& 搞定。

五、与本站主线衔接 ​

一句话总结 ​

vector 是动态数组：连续内存、O(1) 随机访问、自动扩容，是 C++ 默认首选容器；size 是"有几个元素"、capacity 是"能装几个"，扩容会新开内存+搬运全部元素（一次 O(n) 卡顿），高频插入前 reserve 预分配；对比 C 数组，vector 自带 .size()、.at() 边界检查，不用手记长度。

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