如何用C++实现动态扩容数组 std vector的底层原理剖析-C++-PHP中文网

如何用C++实现动态扩容数组 std vector的底层原理剖析

P粉602998670

发布： 2025-07-28 10:13:01

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std::vec++tor自动扩展容量的原理是通过动态扩容机制实现。当调用push_back时，若当前size超过capacity，则触发扩容；通常采用2倍增长策略申请新的内存空间；将原有数据拷贝到新内存并释放旧内存；核心涉及capacity与size的区别、扩容策略、元素迁移三个关键点。手动实现需关注内存分配、数据迁移和容量更新逻辑，而实际vector还优化了内存管理、构造析构和移动语义等细节。

如何用C++实现动态扩容数组 std vector的底层原理剖析

在 C++ 中，std::vector 是一个非常常用的容器，它本质上就是一个动态扩容的数组。你可能用过 vector.push_back()，但有没有想过它是怎么自动扩展容量的？这篇文章就来聊聊它的底层原理，并演示如何手动实现一个简单的动态扩容数组。

动态扩容数组的核心机制

std::vector 背后的核心机制其实并不复杂：使用堆内存管理一块连续的空间，当空间不足时，重新申请更大的内存，把旧数据复制过去，然后释放原来的内存。

主要涉及以下几个关键点：

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容量（capacity）和大小（size）的区别：size 表示当前有效元素个数，capacity 表示当前分配了多少内存。
扩容策略：一般采用倍增方式，比如 2 倍增长，也有部分实现是 1.5 倍。
拷贝或移动元素：扩容后需要把原来的数据迁移到新内存中。

如果你自己写一个类似 vector 的类，这几个概念必须搞清楚。

手动实现一个简易动态扩容数组

下面是一个简化版的动态数组实现，用于理解 vector 的基本工作方式：

template<typename T>
class MyVector {
private:
    T* data;
    size_t capacity_;
    size_t size_;

public:
    MyVector() : data(nullptr), capacity_(0), size_(0) {}

    ~MyVector() {
        delete[] data;
    }

    void push_back(const T& value) {
        if (size_ >= capacity_) {
            reserve(capacity_ == 0 ? 1 : capacity_ * 2);
        }
        data[size_++] = value;
    }

    void reserve(size_t new_cap) {
        if (new_cap <= capacity_) return;

        T* new_data = new T[new_cap];
        for (size_t i = 0; i < size_; ++i) {
            new_data[i] = data[i];
        }

        delete[] data;
        data = new_data;
        capacity_ = new_cap;
    }

    size_t size() const { return size_; }
    size_t capacity() const { return capacity_; }

    T& operator[](size_t index) {
        return data[index];
    }
};

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这段代码实现了最基本的动态扩容逻辑：