Читать онлайн «Язык программирования C++. Пятое издание». Страница 121

Функция reserve() не изменяет количество элементов в контейнере; она влияет только на объем памяти, предварительно резервируемой вектором.

Вызов функции reserve() изменяет емкость вектора, только если требуемое пространство превышает текущую емкость. Если требуемый размер больше текущей емкости, функция reserve() резервирует по крайней мере столько места, сколько затребовано (или несколько больше).

Если требуемый размер меньше или равен существующей емкости, функция reserve() ничего не делает. В частности, вызов функции reserve(), при размере меньшем, чем емкость, не приведет к резервированию контейнером памяти. Таким образом, после вызова функции reserve() емкость будет больше или равна переданному ей аргументу.

В результате вызов функции reserve() никогда не сократит объем контейнера. Точно так же функция-член resize() (см. раздел 9.3.5) изменяет только количество элементов контейнера, а не его емкость. Функцию resize() нельзя использовать для сокращения объема память, которую контейнер держит в резерве.

В новой библиотеке есть функция shrink_to_fit(), позволяющая запросить контейнеры deque, vector или string освободить неиспользуемую память. Вызов этой функции означает, что никакой резервной емкости больше не нужно. Однако реализация имеет право проигнорировать этот запрос. Нет никакой гарантии, что вызов функции shrink_to_fit() освободит память.

Функции-члены capacity() и size()

Очень важно понимать различие между емкостью (capacity) и размером (size). Размер — это количество элементов, хранящихся в контейнере в настоящий момент, а емкость — это количество элементов, которое контейнер может содержать, не прибегая к следующей операции резервирования памяти. Следующий код иллюстрирует взаимосвязь размера и емкости:

vector<int> ivec;

// размер нулевой; емкость зависит от реализации

cout << "ivec: size: " << ivec.size()

     << " capacity: " << ivec.capacity() << endl;

// присвоить вектору ivec 24 элемента

for (vector<int>::size_type ix = 0; ix != 24; ++ix)

 ivec.push_back(ix);

// размер 24; емкость равна или больше 24, согласно реализации

cout << "ivec: size: " << ivec.size()

     << " capacity: " << ivec.capacity() << endl;

При запуске на компьютере автора эта программа отобразила следующий результат:

ivec: size: 0 capacity: 0

ivec: size: 24 capacity: 32

Как известно, пустой вектор имеет нулевой размер, вполне очевидно, что библиотека для пустого вектора также устанавливает нулевую емкость. При добавлении элементов в вектор его размер составляет количество добавленных элементов. Емкость будет, по крайней мере совпадать с размером, но может быть и больше. Конкретный объем резервной емкости зависит от реализации библиотеки. В данной конкретной реализации добавление 24 элементов по одному приводит к созданию емкости 32.

Визуально текущее состояние вектора ivec можно представить так:

Теперь при помощи функции reserve() можно зарезервировать дополнительное пространство.

ivec.reserve(50); // задать емкость 50 элементов (можно и больше)

// размер будет 24, а емкость - 50 или больше, если так определено

// в реализации

cout << "ivec: size: " << ivec.size()

     << " capacity: " << ivec.capacity() << endl;

Вывод свидетельствует о том, что вызов функции reserve() зарезервировал именно столько места, сколько было запрошено:

ivec: size: 24 capacity: 50

Эту резервную емкость можно впоследствии израсходовать следующим образом:

// добавить элементы, чтобы исчерпать резервную емкость

while (ivec.size() != ivec.capacity())

 ivec.push_back(0);

// емкость не изменилась, размер и емкость теперь равны

cout << "ivec: size: " << ivec.size()

     << " capacity: " << ivec.capacity() << endl;

Результат свидетельствует, что в настоящий момент резервная емкость исчерпана, а размер и емкость равны.

ivec: size: 50 capacity: 50

Поскольку использовалась только резервная емкость, в повторном резервировании нет никакой потребности. Фактически, пока не превышена существующая емкость вектора, никакой необходимости в перераспределении его элементов нет.

Если теперь добавить в вектор новый элемент, то последует повторное резервирование памяти.

ivec.push_back(42); // добавить еще один элемент

// размер будет 51, а емкость 51 или больше, если так определено

// в реализации

cout << "ivec: size: " << ivec.size()

     << " capacity: " << ivec.capacity() << endl;

Результат выполнения этой части программы имеет следующий вид:

ivec: size: 51 capacity: 100

Он свидетельствует о том, что в данной реализации класса vector использована стратегия удвоения текущей емкости при каждом резервировании новой области памяти.

По мере необходимости можно вызвать функцию shrink_to_fit(), запрашивающую освобождение и возвращение операционной системе памяти, ненужной для текущего размера контейнера:

ivec.shrink_to_fit(); // запрос на возвращение памяти

// размер остался неизменным; емкость определена реализацией

cout << "ivec: size: " << ivec.size()

     << " capacity: " << ivec.capacity() << endl;

Вызов функции shrink_to_fit() является только запросом; нет никакой гарантии того, что память будет действительно возвращена.

Каждая реализация контейнера vector может использовать собственную стратегию резервирования. Однако резервирование новой памяти не должно происходить, пока его емкость не исчерпана.

Вектор может начать повторное резервирование только после выполнения пользователем операции вставки, когда размер равен емкости, вызова функции resize() или reserve() со значением, превышающим текущую емкость. Количество памяти, резервируемое свыше указанного объема, зависит от реализации.

Каждая реализация обязана следовать стратегии, гарантирующей эффективное использование функции push_back() при добавлении элементов в вектор. С технической точки зрения время создания n элементов вектора составляет время выполнения функции push_back() для первоначально пустого вектора, умноженное на n.

Упражнения раздела 9.4

Упражнение 9.35. Объясните различие между емкостью вектора и его размером.

Упражнение 9.36. Может ли контейнер иметь емкость, меньшую, чем его размер?

Упражнение 9.37. Почему контейнеры list и array не имеют функции-члена capacity()?

Упражнение 9.38. Напишите программу, позволяющую исследовать рост вектора в библиотеке, которую вы используете.

Упражнение 9.39. Объясните, что выполняет следующий фрагмент программы:

vector<string> svec;

svec.reserve(1024);

string word;

while (cin >> word)

 svec.push_back(word);

svec.resize(svec.size() + svec.size()/2);

Упражнение 9.40. Если программа в предыдущем упражнении читает 256 слов, какова ее вероятная емкость после вызова функции resize()? Что, если она читает 512, 1 000 или 1 048 слов?

Кроме операций, общих для всех последовательных контейнеров, тип string предоставляет множество дополнительных. По большей части, эти дополнительные операции либо обеспечивают взаимодействие класса string и символьных массивов в стиле С, либо являются дополнительными версиями функций, позволяющими использовать индексы вместо итераторов.

Библиотека string определяет множество функций, которые, к счастью, следуют единому шаблону. С учетом количества обсуждаемых функций этот раздел может показаться слишком громоздким при первом чтении; поэтому сначала его можно просто просмотреть. Впоследствии, имея представление о существующих видах операций, можно при необходимости вернуться и изучить подробности использования конкретной функции.

В дополнение к конструкторам, описанным в разделе 3.2.1, и конструкторам, общим для всех последовательных контейнеров (см. табл. 9.3), тип string предоставляет еще три конструктора, описанные в табл. 9.11.

Таблица 9.11. Дополнительные способы создания строк 

Все значения n, len2 и pos2 являются беззнаковыми. string s(cp, n); Строка s — копия первых n символов из массива, на который указывает cp. У того массива должно быть по крайней мере n символов string s(s2, pos2); Строка s — копия символов из строки s2, начиная с позиции по индексу pos2. Если pos2 > s2.size(), результат непредсказуем string s(s2, pos2, len2); Строка s — копия len2 символов из строки s2, начиная с позиции по индексу pos2. Если pos2 > s2.size(), то результат непредсказуем. Независимо от значения len2, копируется по крайней мере s2.size() - pos2 символов

Конструкторы, получающие тип string или const char*, получают дополнительные (необязательные) аргументы, позволяющие задать количество копируемых символов. При передаче строки можно также указать индекс начала копирования: