C++ STL vector扩容原理分析

扩容特点：

　　1）新增元素：vector通过一个连续的数组存放元素，如果集合已满，在新增数据的时候，就要分配一块更大的内存，将原来的数据复制过来，释放之前的内存，在插入新增的元素；

　　2）对vector的任何操作，一旦引起空间重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了 ；

　　3）初始时刻vector的capacity为0，插入第一个元素后capacity增加为1；

　　4）不同的编译器实现的扩容方式不一样，VS2015中以1.5倍扩容，GCC以2倍扩容。

以成倍方式增长

　　假定有 n 个元素，倍增因子为 m；

　　

　　完成这 n 个元素往一个 vector 中的 push_back​操作，需要重新分配内存的次数大约为 logm(n)；

　　第 i 次重新分配将会导致复制 m^(i) (也就是当前的vector.size() 大小)个旧空间中元素；

　　n 次 push_back 操作所花费的时间复制度为O(n):

　　m / (m - 1)，这是一个常量，均摊分析的方法可知，vector 中 push_back 操作的时间复杂度为常量时间。

一次增加固定值大小

　　假定有 n 个元素,每次增加k个；

　　

　　第i次增加复制的数量为为：100i

　　n 次 push_back 操作所花费的时间复杂度为O(n^2):

　　均摊下来每次push_back 操作的时间复杂度为O(n)。

　　总结：对比可以发现采用采用成倍方式扩容，可以保证常数的时间复杂度，而增加指定大小的容量只能达到O(n)的时间复杂度，因此，使用成倍的方式扩容。

增长因子的选取：

　　根据查阅的资料显示，考虑可能产生的堆空间浪费，成倍增长倍数不能太大，使用较为广泛的扩容方式有两种，以2二倍的方式扩容，或者以1.5倍的方式扩容。

　　以2倍的方式扩容，导致下一次申请的内存必然大于之前分配内存的总和，导致之前分配的内存不能再被使用，所以最好倍增长因子设置为(1,2)之间。

　　借用一张图来说明2倍与1.5倍的区别：

　　

总结

　　1）vector在push_back以成倍增长可以在均摊后达到O(1)的事件复杂度，相对于增长指定大小的O(n)时间复杂度更好。

　　2）为了防止申请内存的浪费，现在使用较多的有2倍与1.5倍的增长方式，而1.5倍的增长方式可以更好的实现对内存的重复利用，因而更好。