为啥使用 std::vector 而不是 realloc？ [关闭]

Posted 2023-02-21

【中文标题】为啥使用 std::vector 而不是 realloc？ [关闭]

【英文标题】：Why use std::vector instead of realloc? [closed]为什么使用 std::vector 而不是 realloc？ [关闭]

【发布时间】：2020-12-04 01:59:42

【问题描述】：

这里，在this question 中，声明在c++ 中没有类似realloc 的运算符或函数。如果您想调整数组大小，只需 std::vector 即可。我什至看到 Stroustrup 说过同样的话here。

我相信实施一个并不难。应该有不实施的理由。答案只说使用std::vector，但没有说为什么没有实现。

没有实现realloc-like 运算符或函数而是更喜欢使用std::vector 的原因是什么？

【问题讨论】：

vector 随时可用、功能齐全且经过良好测试。为什么要重新发明***？

这能回答你的问题吗？ How do you 'realloc' in C++?

“我相信实现一个并不难。” — 在重新分配期间，您将如何处理 non-trivially-copyable 类型？跨度>

@StackExchange123 为什么要这样复制std::vector 的功能？请注意，这并不像您写的那么容易。您需要关心异常安全，类型可以具有复制/非抛出移动/抛出移动构造函数，您需要分别处理这些情况，等等。

@d4rk4ng31 -- 我不知道你所说的“微不足道”的内存块是什么意思。在这一切之下，它只是原始内存，realloc 有时可以扩展内存块，而new 和delete 永远不能。有几次建议添加一个renew 运算符，它可以做同样的事情：如果他们的房间在适当的位置扩展一个内存块，然后初始化占用新添加内存的对象。

【参考方案1】：

好吧，因为其他答案已经很好地解释了使用向量的原因，我将简单地详细说明为什么 realloc 没有实现。为此，您需要查看realloc 的实际作用。它通过智能地使用malloc() 和free() 来增加内存的大小。你需要明白，虽然它看起来只是增加了大小，但实际上并没有增加大小，而是分配了另一个具有所需大小的内存块（这解释了名称realloc）。

看看下面几行：

int* iarr = (int*)malloc(sizeof(iarr)*5);
iarr = (int*)realloc(6,sizeof(iarr));  //this is completely discouraged
//what you're supposed to do here is:
int* iarr2 = (int*)realloc(iarr,1 + sizeof(iarr));  //copies the old data to new block implicitly
//this not only saves the previous state, but also allows you to check if realloc succeeded

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在 C++ 中，这可以（如果必须）通过以下方式实现：

int* iarr = new int[5];
int* iarr2 = new int[6];
for(int i = 0; i < 5; i++) 
    iarr2[i] = iarr[i];

delete[] iarr;

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realloc 的唯一用途是增加内存容量；由于C arrays 没有自动这样做，他们必须提供一种机制来这样做；这已在大多数 containers 中隐式实现，因此首先使用 realloc 的原因没有实际意义。

【讨论】：

我相信realloc 会尽可能扩展分配的内存。如果没有，则使用free 和malloc。

@StackExchange123 但是如果它不能扩展，那么realloc() 将原始数据从旧分配复制到新分配，这仅适用于可简单复制的类型。例如。 realloc() 在 std::string 的数组上是未定义的行为，除非分配可以在没有副本的情况下扩展。我猜std::vector 可以 SFINAE 在 std::is_trivial 上重新分配它，但是它需要使用 malloc() 和 free() 而不是 C++ 分配器。

@cdhowie，另外，它与 new 和 delete 不兼容。我认为真正的问题是，why is realloc not compatible with new and delete?

@StackExchange123，没那么容易

@StackExchange123 可能是因为vector的开销很小，而且它的效用远远超过了这个开销。 :) realloc 没有 C++ 标准的安全版本，因为人们宁愿使用向量也不愿使用类似向量的东西。

【参考方案2】：

没有实现realloc-like 运算符或函数而是更喜欢使用std::vector 的原因是什么？

节省时间。不要在你自己的代码中追逐一个早已解决的问题。惯用的 C++ 和可读性。轻松快速地获得问题的答案。通过分配器自定义realloc 部分。

我相信实现一个并不难

这在很大程度上取决于您需要从您打算编写的模板中获得什么。对于通用的std::vector-like ，请查看源代码（libcxx 的 3400 行 vector 标头为 here）。我敢打赌你会修正你对这种结构的低复杂性的最初假设。

【参考方案3】：

realloc 期望在当前分配之后可能有足够的可用空间，这与现代分配器和现代程序不太匹配。

（还有更多的分配正在进行，许多分配大小进入该大小的专用池，并且堆在程序中的所有线程之间共享。）

在大多数情况下，realloc 必须将内容移动到全新的分配中，就像 vector 一样。但与vector<T>不同，realloc不知道如何移动T类型的元素，它只知道如何复制纯数据。

【讨论】：

64 位系统有大量的虚拟地址空间，大的分配通常会从操作系统获得一些新的页面（例如通过mmap）。一些操作系统甚至有像 Linux 的 mremap(MREMAP_MAYMOVE) 这样的系统调用，它是一个页面粒度 realloc，即使在当前位置没有空间让这个映射增长，也可以避免复制。 （只需更新页表，以便将相同的物理页面映射到新的虚拟地址，最后有额外的空间）。不值得因为小尺寸而被 TLB 击落，但值得几 GiB。

【参考方案4】：

有几个优点。

Vector 会跟踪其大小和容量，这意味着您不必自己执行此操作。 因为当前大小是矢量对象本身的一部分，所以您可以传递一个矢量（通过引用或通过值）而不需要额外的大小参数。这在返回向量时特别有用，因为调用者不需要通过某个边通道接收大小。 在重新分配时，向量将添加比仅添加请求添加的元素所需的容量更多的容量。这听起来很浪费，但可以节省时间，因为需要的重新分配更少。 Vector 管理自己的内存；使用向量可以让您专注于程序中更有趣的部分，而不是管理内存的细节，这些细节相对乏味且难以完全正确。 Vector 支持数组本身不支持的许多操作，例如从中间移除元素和制作整个向量的副本。