如何避免vector容器进行不必要的扩容？

前面提到，我们可以将 vector 容器看做是一个动态数组。换句话说，在不超出 vector 最大容量限制（max_size() 成员方法的返回值）的前提下，该类型容器可以自行扩充容量来满足用户存储更多元素的需求。

值得一提的是，vector 容器扩容的整个过程，和 realloc() 函数的实现方法类似，大致分为以下 4 个步骤：

1. 分配一块大小是当前 vector 容量几倍的新存储空间。注意，多数 STL 版本中的 vector 容器，其容器都会以 2 的倍数增长，也就是说，每次 vector 容器扩容，它们的容量都会提高到之前的 2 倍；
2. 将 vector 容器存储的所有元素，依照原有次序从旧的存储空间复制到新的存储空间中；
3. 析构掉旧存储空间中存储的所有元素；
4. 释放旧的存储空间。

通过以上分析不难看出，vector 容器的扩容过程是非常耗时的，并且当容器进行扩容后，之前和该容器相关的所有指针、迭代器以及引用都会失效。因此在使用 vector 容器过程中，我们应尽量避免执行不必要的扩容操作。

要实现这个目标，可以借助 vector 模板类中提供的 reserve() 成员方法。不过在讲解如何用 reserve() 方法避免 vector 容器进行不必要的扩容操作之前，vector 模板类中还提供有几个和 reserve() 功能类似的成员方法，很容易混淆，这里有必要为读者梳理一下，如表 1 所示。

表 1 vector模板类中功能类似的成员方法

成员方法	功能
size()	告诉我们当前 vector 容器中已经存有多少个元素，但仅通过此方法，无法得知 vector 容器有多少存储空间。
capacity()	告诉我们当前 vector 容器总共可以容纳多少个元素。如果想知道当前 vector 容器有多少未被使用的存储空间，可以通过 capacity()-size() 得知。注意，如果 size() 和 capacity() 返回的值相同，则表明当前 vector 容器中没有可用存储空间了，这意味着，下一次向 vector 容器中添加新元素，将导致 vector 容器扩容。
resize(n)	强制 vector 容器必须存储 n 个元素，注意，如果 n 比 size() 的返回值小，则容器尾部多出的元素将会被析构（删除）；如果 n 比 size() 大，则 vector 会借助默认构造函数创建出更多的默认值元素，并将它们存储到容器末尾；如果 n 比 capacity() 的返回值还要大，则 vector 会先扩增，在添加一些默认值元素。
reserve(n)	强制 vector 容器的容量至少为 n。注意，如果 n 比当前 vector 容器的容量小，则该方法什么也不会做；反之如果 n 比当前 vector 容器的容量大，则 vector 容器就会扩容。

通过对以上几个成员方法功能的分析，我们可以总结出一点，即只要有新元素要添加到 vector 容器中而恰好此时 vector 容器的容量不足时，该容器就会自动扩容。

因此，避免 vector 容器执行不必要的扩容操作的关键在于，在使用 vector 容器初期，就要将其容量设为足够大的值。换句话说，在 vector 容器刚刚构造出来的那一刻，就应该借助 reserve() 成员方法为其扩充足够大的容量。

举个例子，假设我们想创建一个包含 1~1000 的 vector<int>，通常会这样实现：

vector<int>myvector;
for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
    myvector.push_back(i);
}

值得一提的是，上面代码的整个循环过程中，vector 容器会进行 2~10 次自动扩容（多数的 STL 标准库版本中，vector 容器通常会扩容至当前容量的 2 倍，而这里 1000≈2 10），程序的执行效率可想而知。

在上面程序的基础上，下面代码演示了如何使用 reserve() 成员方法尽量避免 vector 容器执行不必要的扩容操作：

vector<int>myvector;
myvector.reserve(1000);
cout << myvector.capacity();
for (int i = 1; i <= 1000; i++) {
    myvector.push_back(i);
}

相比前面的代码实现，整段程序在运行过程中，vector 容器的容量仅扩充了 1 次，执行效率大大提高。

当然在实际场景中，我们可能并不知道 vector 容器到底要存储多少个元素。这种情况下，可以先预留出足够大的空间，当所有元素都存储到 vector 容器中之后，再去除多余的容量。

关于怎样去除 vector 容器多余的容量，可以借助该容器模板类提供的 shrink_to_fit() 成员方法，另外后续还会讲解如何使用 swap() 成员方法去除 vector 容器多余的容量，两种方法都可以。