vector：增长、容量与失效规则

size 管对象，capacity 管存储

普通 vector<T> 的元素连续存放，适合顺序扫描、随机访问和需要连续数组的接口；vector<bool> 是特殊化，不能照搬普通元素引用与连续存储的结论。size() 是现存元素数，capacity() 是无需重新分配便能容纳的元素数，两者都是常数时间查询。

reserve(n) 不增加元素；仅当 n 大于当前容量时才重新分配，成功后容量至少为 n。resize(n) 改变元素数：缩小时销毁尾部对象，增大时构造新对象。默认分配器下，vector<int> 新增的默认插入元素为零。预留了空间仍不能访问 v[v.size()]，因为那里没有可由容器下标访问的元素。

摊还常数不是每次常数

尾部单次追加具有摊还常数复杂度：一段追加序列的总成本可被平均，而触发重分配的某一次仍可能移动或复制全部已有元素。常见实现按某个倍率增长，但标准不保证两倍、起始容量或具体增长序列。中间插入还要移动后缀，不能借助多余容量把它变成常数时间。

知道最终规模时一次 reserve 很有用；每次追加前都 reserve(size()+1) 则可能迫使反复搬迁，破坏通常的增长效率。缩小 resize 不缩容量；shrink_to_fit 只是非强制请求，不是释放到精确大小的承诺。复杂度描述的是随元素数的增长关系，元素自身昂贵的移动也必须计算在实际成本内。

把修改点当作有效性边界

重分配使全部元素指针、引用、迭代器及旧 end() 失效。没有重分配的插入，只保留插入点之前的这些句柄；尾插因此保留已有元素句柄，却仍使旧 end() 失效。删除使删除点及其后的迭代器、引用失效，使用 erase 返回的新位置继续遍历。

示例先预留容量，再验证尾插不会破坏首元素引用；随后只通过容器重新取得位置。不要用解引用旧指针来“检测是否失效”，失效后访问本身就可能是未定义行为。长期保存业务身份时，稳定编号通常比依赖元素地址更容易维护。

最低标准 C++11 · 完整程序 · 下载 .cpp

#include <cassert>
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> values{10, 20};
    values.reserve(4);
    assert(values.size() == 2 && values.capacity() >= 4);
    int* first = &values.front();
    values.push_back(30);
    assert(*first == 10);
    assert(first == &values.front());

    values.resize(5);
    assert(values[3] == 0 && values[4] == 0);
    values.resize(3);
    auto next = values.erase(values.begin() + 1);
    assert(next != values.end() && *next == 30);
    assert((values == std::vector<int>{10, 30}));
    std::cout << values[0] << ' ' << values[1] << '\n';
}

在本地编译

g++ -std=c++11 -Wall -Wextra -Wpedantic -pthread stl-vector.cpp -o example && ./example

预期结果

10 30

CHECK YOUR UNDERSTANDING

合上答案，试着解释。

从空 vector<int> 开始 reserve(100)，随后需要恰好 100 个零。应该追加 100 次，还是可以直接下标赋值？给出最直接的代码。

继续查证

• 标准草案 [vector.capacity]：reserve、resize 与重分配
• 标准草案 [vector.modifiers]：插入和删除失效规则

标准草案链接会随工作草案更新；本文版本标记对应示例最低要求，不表示草案中的所有新规则都适用于旧标准。