如何避免vector容器進行不必要的擴容？

前面提到，我們可以將 vector 容器看做是一個動態陣列。換句話說，在不超出 vector 最大容量限制（max_size() 成員方法的返回值）的前提下，該型別容器可以自行擴充容量來滿足使用者儲存更多元素的需求。

值得一提的是，vector 容器擴容的整個過程，和 realloc() 函數的實現方法類似，大致分為以下 4 個步驟：

1. 分配一塊大小是當前 vector 容量幾倍的新儲存空間。注意，多數 STL 版本中的 vector 容器，其容器都會以 2 的倍數增長，也就是說，每次 vector 容器擴容，它們的容量都會提高到之前的 2 倍；
2. 將 vector 容器儲存的所有元素，依照原有次序從舊的儲存空間複製到新的儲存空間中；
3. 解構掉舊儲存空間中儲存的所有元素；
4. 釋放舊的儲存空間。

通過以上分析不難看出，vector 容器的擴容過程是非常耗時的，並且當容器進行擴容後，之前和該容器相關的所有指標、疊代器以及參照都會失效。因此在使用 vector 容器過程中，我們應盡量避免執行不必要的擴容操作。

要實現這個目標，可以借助 vector 模板類中提供的 reserve() 成員方法。不過在講解如何用 reserve() 方法避免 vector 容器進行不必要的擴容操作之前，vector 模板類中還提供有幾個和 reserve() 功能類似的成員方法，很容易混淆，這裡有必要為讀者梳理一下，如表 1 所示。

表 1 vector模板類中功能類似的成員方法

成員方法	功能
size()	告訴我們當前 vector 容器中已經存有多少個元素，但僅通過此方法，無法得知 vector 容器有多少儲存空間。
capacity()	告訴我們當前 vector 容器總共可以容納多少個元素。如果想知道當前 vector 容器有多少未被使用的儲存空間，可以通過 capacity()-size() 得知。注意，如果 size() 和 capacity() 返回的值相同，則表明當前 vector 容器中沒有可用儲存空間了，這意味著，下一次向 vector 容器中新增新元素，將導致 vector 容器擴容。
resize(n)	強制 vector 容器必須儲存 n 個元素，注意，如果 n 比 size() 的返回值小，則容器尾部多出的元素將會被解構（刪除）；如果 n 比 size() 大，則 vector 會藉助預設建構函式建立出更多的預設值元素，並將它們儲存到容器末尾；如果 n 比 capacity() 的返回值還要大，則 vector 會先擴增，在新增一些預設值元素。
reserve(n)	強制 vector 容器的容量至少為 n。注意，如果 n 比當前 vector 容器的容量小，則該方法什麼也不會做；反之如果 n 比當前 vector 容器的容量大，則 vector 容器就會擴容。

通過對以上幾個成員方法功能的分析，我們可以總結出一點，即只要有新元素要新增到 vector 容器中而恰好此時 vector 容器的容量不足時，該容器就會自動擴容。

因此，避免 vector 容器執行不必要的擴容操作的關鍵在於，在使用 vector 容器初期，就要將其容量設為足夠大的值。換句話說，在 vector 容器剛剛構造出來的那一刻，就應該借助 reserve() 成員方法為其擴充足夠大的容量。

舉個例子，假設我們想建立一個包含 1~1000 的 vector<int>，通常會這樣實現：

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

值得一提的是，上面程式碼的整個迴圈過程中，vector 容器會進行 2~10 次自動擴容（多數的 STL 標準庫版本中，vector 容器通常會擴容至當前容量的 2 倍，而這裡 1000≈2 10），程式的執行效率可想而知。

在上面程式的基礎上，下面程式碼演示了如何使用 reserve() 成員方法盡量避免 vector 容器執行不必要的擴容操作：

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

相比前面的程式碼實現，整段程式在執行過程中，vector 容器的容量僅擴充了 1 次，執行效率大大提高。

當然在實際場景中，我們可能並不知道 vector 容器到底要儲存多少個元素。這種情況下，可以先預留出足夠大的空間，當所有元素都儲存到 vector 容器中之後，再去除多餘的容量。

關於怎樣去除 vector 容器多餘的容量，可以借助該容器模板類提供的 shrink_to_fit() 成員方法，另外後續還會講解如何使用 swap() 成員方法去除 vector 容器多餘的容量，兩種方法都可以。