面试题：C++ vector扩容对性能的影响及优化

Question

在实际项目中使用vector时，频繁的扩容可能会对性能产生负面影响。请分析vector扩容对性能的具体影响，并提出至少两种优化措施，同时说明每种措施的适用场景。

Answer 1

vector扩容对性能的具体影响

1. 内存重新分配与数据拷贝：当vector容量不足需要扩容时，会重新分配一块更大的内存空间，然后将原内存中的数据逐个拷贝到新内存中。这一过程涉及大量的内存操作，包括内存分配和数据复制，会消耗较多时间。
2. 迭代器和指针失效：扩容后内存地址改变，之前获取的迭代器、指针和引用都会失效。如果在代码中没有正确处理，会导致程序出现未定义行为，增加调试成本。

优化措施及适用场景

1. 预先分配足够空间
   • 措施：使用reserve方法预先分配足够的容量，避免在插入元素时频繁扩容。例如：std::vector<int> vec; vec.reserve(1000);
   • 适用场景：已知大概需要存储元素数量的场景，如读取固定大小文件的数据到vector中。
2. 使用emplace_back替代push_back
   • 措施：emplace_back直接在容器尾部构造对象，避免了push_back可能产生的临时对象拷贝或移动。例如：std::vector<std::string> vec; vec.emplace_back("hello");
   • 适用场景：存储自定义类型且构造对象开销较大时，使用emplace_back可提升性能。
3. 使用std::vector的移动语义
   • 措施：当需要将一个vector的内容转移到另一个vector时，使用移动语义。例如：std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3}; std::vector<int> vec2 = std::move(vec1);
   • 适用场景：在函数之间传递vector时，可减少不必要的数据拷贝，提升性能。