2.3 动态空间管理

Posted 2020-11-18 nk-007

空间管理方法主要分为两类：静态的和动态的。顾名思义，静态空间管理即是在向量生命期内，其内部数组所占物理空间的容量不允许增加，这种策略既拘泥固化且空间管理效率底下，因此常采取动态空间管理策略，具体方法是使向量可扩充。

 

可扩充向量既能够在空间不足达到上溢临界点时扩充向量空间，同时能够在空间需求不甚强烈，达到下溢临界点时缩容空间向量。

 

扩容

 

对向量实现扩容的难点在于如何实现扩容？新的容量取作多少才算适宜？

 

如何扩容？——先保留，再扩容，后迁移。

 

因为向量是寻秩访问，上下秩之间物理地址连续，所以在扩容的过程中必须保证物理空间必须地址连续，所以可行的方法是：通过申请更大容量的内部数组，将原先内部数组中的成员集体搬迁到新的空间，此后方可顺利地插入新元素e而不致数据溢出。原数组所占空间及时释放，并归还操作系统。实现代码如下：

 

                            template <typename T> void Vector<T>::expand() {

       if (_size < _capacity)

               return;

       if (_capacity < DEFAYLT_CAPACITY)

               _capacity = DEFAYLT_CAPACITY;//使其不小于默认容量即最小容量

       T* oldElem = _elem;

       _elem = new T[_capacity <<= 1];//容量加倍

       for (int i = 0; i < _size; i++)

               _elem[i] = oldElem[i];//复制原向量内容

       delete[] oldElem;

 

}

 

有趣的是，最调用insert()接口插入新元素之前，都要先调用该算法用于检查数组容量。

 

缩容

 

当向量的规模远远小于内部数组的容量，称为下溢时，我们会采取缩容操作。具体算法如下：

 

template <typename T> void Vector<T>::shrink() {

       if (_capacity < DEFAYLT_CAPACITY << )

               return;

       if (_size << 2 > _capacity)

               return;

       T* oldElem = _elem;

       _elem = new T[_capacity >>= 1];//容量加倍

       for (int i = 0; i < _size; i++)

               _elem[i] = oldElem[i];//复制原向量内容

       delete[] oldElem;

}

 

当我们分析通过直接扩容两倍的方式来分析扩容向量复杂度时，采取的具体尺度是分摊复杂度。

 

所谓分摊复杂度和相关的分摊运行时间，其参与分摊的操作必须构成和来自一个真实可行的操作序列，且足够长。这与传统的平均运行时间有着本质的区别，后者是按照某种假定的概率分布，对各种情况下所需执行时间的加权平均，亦称期望运行时间。

 

对于本文中所采取的两倍扩容操作，所需时间为O(n)。