C++ STL vector容量（capacity）和大小（size）的區別

很多初學者分不清楚 vector 容器的容量（capacity）和大小（size）之間的區別，甚至有人認為它們表達的是一個意思。本節將對 vector 容量和大小各自的含義做一個詳細的介紹。

vector 容器的容量（用 capacity 表示），指的是在不分配更多內存的情況下，容器可以保存的最多元素個數；而 vector 容器的大小（用 size 表示），指的是它實際所包含的元素個數。

對於一個 vector 對象來說，通過該模板類提供的 capacity() 成員函數，可以獲得當前容器的容量；通過 size() 成員函數，可以獲得容器當前的大小。例如：

1. #include <iostream>
2. #include <vector>
3. using namespace std;
4. int main()
5. {
6. std::vector<int>value{ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47 };
7. value.reserve(20);
8. cout << "value 容量是：" << value.capacity() << endl;
9. cout << "value 大小是：" << value.size() << endl;
10. return 0;
11. }

程序輸出結果為：

value 容量是：20
value 大小是：15

結合該程序的輸出結果，圖 1 可以更好的說明 vector 容器容量和大小之間的關系。

圖 1 vector 容量和大小的區別

顯然，vector 容器的大小不能超出它的容量，在大小等於容量的基礎上，只要增加一個元素，就必須分配更多的內存。注意，這里的“更多”並不是 1 個。換句話說，當 vector 容器的大小和容量相等時，如果再向其添加（或者插入）一個元素，vector 往往會申請多個存儲空間，而不僅僅只申請 1 個。

一旦 vector 容器的內存被重新分配，則和 vector 容器中元素相關的所有引用、指針以及迭代器，都可能會失效，最穩妥的方法就是重新生成。

舉個例子：

1. #include <iostream>
2. #include <vector>
3. using namespace std;
4. int main()
5. {
6. vector<int>value{ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47 };
7. cout << "value 容量是：" << value.capacity() << endl;
8. cout << "value 大小是：" << value.size() << endl;
9. printf("value首地址：%p\n", value.data());
10. value.push_back(53);
11. cout << "value 容量是(2)：" << value.capacity() << endl;
12. cout << "value 大小是(2)：" << value.size() << endl;
13. printf("value首地址： %p", value.data());
14. return 0;
15. }

運行結果為：

value 容量是：15
value 大小是：15
value首地址：01254D40
value 容量是(2)：22
value 大小是(2)：16
value首地址： 01254E80

可以看到，向“已滿”的 vector 容器再添加一個元素，整個 value 容器的存儲位置發生了改變，同時 vector 會一次性申請多個存儲空間（具體多少，取決於底層算法的實現）。這樣做的好處是，可以很大程度上減少 vector 申請空間的次數，當后續再添加元素時，就可以節省申請空間耗費的時間。

因此，對於 vector 容器而言，當增加新的元素時，有可能很快完成（即直接存在預留空間中）；也有可能會慢一些（擴容之后再放新元素）。

修改vector容器的容量和大小

另外，通過前面的學習我們知道，可以調用 reserve() 成員函數來增加容器的容量（但並不會改變存儲元素的個數）；而通過調用成員函數 resize() 可以改變容器的大小，並且該函數也可能會導致 vector 容器容量的增加。比如說：

1. #include <iostream>
2. #include <vector>
3. using namespace std;
4. int main()
5. {
6. vector<int>value{ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47 };
7. cout << "value 容量是：" << value.capacity() << endl;
8. cout << "value 大小是：" << value.size() << endl;
9. value.reserve(20);
10. cout << "value 容量是(2)：" << value.capacity() << endl;
11. cout << "value 大小是(2)：" << value.size() << endl;
12. //將元素個數改變為 21 個，所以會增加 6 個默認初始化的元素
13. value.resize(21);
14. //將元素個數改變為 21 個，新增加的 6 個元素默認值為 99。
15. //value.resize(21,99);
16. //當需要減小容器的大小時，會移除多余的元素。
17. //value.resize(20);
18. cout << "value 容量是(3)：" << value.capacity() << endl;
19. cout << "value 大小是(3)：" << value.size() << endl;
20. return 0;
21. }

運行結果為：

value 容量是：15
value 大小是：15
value 容量是(2)：20
value 大小是(2)：15
value 容量是(3)：30
value 大小是(3)：21

程序中給出了關於 resize() 成員函數的 3 種不同的用法，有興趣的讀者可自行查看不同用法的運行結果。

可以看到，僅通過 reserve() 成員函數增加 value 容器的容量，其大小並沒有改變；但通過 resize() 成員函數改變 value 容器的大小，它的容量可能會發生改變。另外需要注意的是，通過 resize() 成員函數減少容器的大小（多余的元素會直接被刪除），不會影響容器的容量。

vector容器容量和大小的數據類型

在實際場景中，我們可能需要將容器的容量和大小保存在變量中，要知道 vector<T> 對象的容量和大小類型都是 vector<T>::size_type 類型。因此，當定義一個變量去保存這些值時，可以如下所示：

1. vector<int>::size_type cap = value.capacity();
2. vector<int>::size_type size = value.size();

size_type 類型是定義在由 vector 類模板生成的 vecotr 類中的，它表示的真實類型和操作系統有關，在 32 位架構下普遍表示的是 unsigned int 類型，而在 64 位架構下普通表示 unsigned long 類型。

當然，我們還可以使用 auto 關鍵字代替 vector<int>::size_type，比如：

1. auto cap = value.capacity();
2. auto size = value.size();