面试题：Rust向量动态扩展中的内存优化

Question

在Rust中，当向量动态扩展时，会涉及到内存的重新分配。请分析在频繁插入元素的场景下，如何优化向量的内存使用以减少重新分配的次数？说明Vec的容量（capacity）和长度（len）概念在这一优化过程中的作用，并给出相应的代码示例。

Answer 1

1. 优化频繁插入元素时向量内存使用的方法：
   • 在频繁插入元素前，预先分配足够的容量。通过reserve方法提前为向量分配一定数量的元素空间，这样在后续插入元素时，如果数量不超过预先分配的容量，就不会触发内存的重新分配。
2. Vec的容量（capacity）和长度（len）概念在优化中的作用：
   • 容量（capacity）：表示向量当前已分配的内存能够容纳的元素数量。当插入元素时，如果元素数量超过当前容量，就会触发内存重新分配，将容量扩展到一个新的大小（通常是原来的2倍左右）。提前设置合适的容量，可以避免频繁的内存重新分配。
   • 长度（len）：表示向量当前实际包含的元素数量。长度小于等于容量，只有当长度超过容量时，才会涉及到容量的重新分配。
3. 代码示例：

fn main() {
    let mut numbers: Vec<i32> = Vec::new();
    // 预先分配100个元素的容量
    numbers.reserve(100);
    for i in 0..50 {
        numbers.push(i);
    }
    // 这里插入元素不会触发重新分配，因为数量未超过预先分配的容量
    println!("Capacity: {}", numbers.capacity());
    println!("Length: {}", numbers.len());
}