C++ STL vector容量和大小 详解C++ STL vector容量(capacity)和大小(size)的区别

很多初学者分不清楚 vector 容器的容量（capacity）和大小（size）之间的区别，甚至有人认为它们表达的是一个意思。本节将对 vector 容量和大小各自的含义做一个详细的介绍。

vector 容器的容量（用 capacity 表示），指的是在不分配更多内存的情况下，容器可以保存的最多元素个数；而 vector 容器的大小（用 size 表示），指的是它实际所包含的元素个数。

对于一个 vector 对象来说，通过该模板类提供的 capacity() 成员函数，可以获得当前容器的容量；通过 size() 成员函数，可以获得容器当前的大小。例如：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    std::vector<int>value{ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47 };
    value.reserve(20);
    cout << "value 容量是：" << value.capacity() << endl;
    cout << "value 大小是：" << value.size() << endl;
    return 0;
}

程序输出结果为：

value 容量是：20
value 大小是：15

结合该程序的输出结果，图 1 可以更好的说明 vector 容器容量和大小之间的关系。

图 1 vector 容量和大小的区别

显然，vector 容器的大小不能超出它的容量，在大小等于容量的基础上，只要增加一个元素，就必须分配更多的内存。注意，这里的“更多”并不是 1 个。换句话说，当 vector 容器的大小和容量相等时，如果再向其添加（或者插入）一个元素，vector 往往会申请多个存储空间，而不仅仅只申请 1 个。

一旦 vector 容器的内存被重新分配，则和 vector 容器中元素相关的所有引用、指针以及迭代器，都可能会失效，最稳妥的方法就是重新生成。

举个例子：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int>value{ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47 };
    cout << "value 容量是：" << value.capacity() << endl;
    cout << "value 大小是：" << value.size() << endl;
    printf("value首地址：%p\n", value.data());
    value.push_back(53);
    cout << "value 容量是(2)：" << value.capacity() << endl;
    cout << "value 大小是(2)：" << value.size() << endl;
    printf("value首地址： %p", value.data());
    return 0;
}

运行结果为：

value 容量是：15
value 大小是：15
value首地址：01254D40
value 容量是(2)：22
value 大小是(2)：16
value首地址： 01254E80

可以看到，向“已满”的 vector 容器再添加一个元素，整个 value 容器的存储位置发生了改变，同时 vector 会一次性申请多个存储空间（具体多少，取决于底层算法的实现）。这样做的好处是，可以很大程度上减少 vector 申请空间的次数，当后续再添加元素时，就可以节省申请空间耗费的时间。

因此，对于 vector 容器而言，当增加新的元素时，有可能很快完成（即直接存在预留空间中）；也有可能会慢一些（扩容之后再放新元素）。

修改vector容器的容量和大小

另外，通过前面的学习我们知道，可以调用 reserve() 成员函数来增加容器的容量（但并不会改变存储元素的个数）；而通过调用成员函数 resize() 可以改变容器的大小，并且该函数也可能会导致 vector 容器容量的增加。比如说：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int>value{ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47 };
    cout << "value 容量是：" << value.capacity() << endl;
    cout << "value 大小是：" << value.size() << endl;
    value.reserve(20);
    cout << "value 容量是(2)：" << value.capacity() << endl;
    cout << "value 大小是(2)：" << value.size() << endl;
    //将元素个数改变为 21 个，所以会增加 6 个默认初始化的元素
    value.resize(21);
    //将元素个数改变为 21 个，新增加的 6 个元素默认值为 99。
    //value.resize(21,99);
    //当需要减小容器的大小时，会移除多余的元素。
    //value.resize(20);
    cout << "value 容量是(3)：" << value.capacity() << endl;
    cout << "value 大小是(3)：" << value.size() << endl;
    return 0;
}

运行结果为：

value 容量是：15
value 大小是：15
value 容量是(2)：20
value 大小是(2)：15
value 容量是(3)：30
value 大小是(3)：21

程序中给出了关于 resize() 成员函数的 3 种不同的用法，有兴趣的读者可自行查看不同用法的运行结果。

可以看到，仅通过 reserve() 成员函数增加 value 容器的容量，其大小并没有改变；但通过 resize() 成员函数改变 value 容器的大小，它的容量可能会发生改变。另外需要注意的是，通过 resize() 成员函数减少容器的大小（多余的元素会直接被删除），不会影响容器的容量。

vector容器容量和大小的数据类型

在实际场景中，我们可能需要将容器的容量和大小保存在变量中，要知道 vector<T> 对象的容量和大小类型都是 vector<T>::size_type 类型。因此，当定义一个变量去保存这些值时，可以如下所示：

vector<int>::size_type cap = value.capacity();
vector<int>::size_type size = value.size();

size_type 类型是定义在由 vector 类模板生成的 vecotr 类中的，它表示的真实类型和操作系统有关，在 32 位架构下普遍表示的是 unsigned int 类型，而在 64 位架构下普通表示 unsigned long 类型。

当然，我们还可以使用 auto 关键字代替 vector<int>::size_type，比如：

auto cap = value.capacity();
auto size = value.size();