В этом случае количество расширений будет равно нулю.
Взаимосвязь между
size
и
capacity
позволяет узнать, когда вставка в
vector
или
string
приведет к расширению контейнера. В свою очередь, это позволяет предсказать, когда вставка приведет к недействительности итераторов, указателей и ссылок в контейнере. Пример:
string s;
if (s.size < s.capacity) {
s.push_back('x');
}
В этом фрагменте вызов
push_back
не может привести к появлению недействительных итераторов, указателей и ссылок, поскольку емкость
string
заведомо больше текущего размера. Если бы вместо
push_back
выполнялась вставка в произвольной позиции строки функцией
insert
, это также гарантировало бы отсутствие перераспределений памяти, но в соответствии с обычными правилами действительности итераторов для вставки в
string
все итераторы/указатели/ссылки от точки вставки до конца строки стали бы недействительными.
Вернемся к основной теме настоящего совета. Существуют два основных способа применения функции
reserve
для предотвращения нежелательного перераспределения памяти. Первый способ используется в ситуации, когда известно точное или приблизительное количество элементов в контейнере. В этом случае, как в приведенном выше примере с
vector
, нужный объем памяти просто резервируется заранее. Во втором варианте функция
reserve
резервирует максимальный объем памяти, который может понадобиться, а затем после включения данных в контейнер вся свободная память освобождается. В усечении свободной памяти нет ничего сложного, однако я не буду описывать эту операцию здесь, потому что в ней используется особый прием, рассмотренный в совете 17.
Совет 15. Помните о различиях в реализации string
Бьерн Страуструп однажды написал статью с интригующим названием «Sixteen Ways to Stack a Cat» [27], в которой были представлены разные варианты реализации стеков. Оказывается, по количеству возможных реализаций контейнеры
string
не уступают стекам. Конечно, нам, опытным и квалифицированным программистам, положено презирать «подробности реализации», но если Эйнштейн был прав, и Бог действительно проявляется в мелочах… Даже если подробности действительно несущественны, в них все же желательно разбираться. Только тогда можно быть полностью уверенным в том, что они действительнонесущественны.
Например, сколько памяти занимает объект
string
? Иначе говоря, чему равен результат
sizeof(string)
? Ответ на этот вопрос может быть весьма важным, особенно если вы внимательно следите за расходами памяти и думаете о замене низкоуровневого указателя
char*
объектом
string
.
Оказывается, результат
sizeof(string)
неоднозначен — и если вы действительно следите за расходами памяти, вряд ли этот ответ вас устроит. Хотя у некоторых реализаций контейнер
string
по размеру совпадает с
char*
, так же часто встречаются реализации, у которой
string
занимает в семь раз больше памяти. Чем объясняются подобные различия? Чтобы понять это, необходимо знать, какие данные и каким образом будут храниться в объекте
string
.
Практически каждая реализация
string
хранит следующую информацию:
• размер строки, то есть количество символов;
• емкость блока памяти, содержащего символы строки (различия между размером и емкостью описаны в совете 14);
• содержимое строки, то есть символы, непосредственно входящие в строку.
Кроме того, в контейнере string может храниться:
• копия распределителя памяти. В совете 10 рассказано, почему это поле не является обязательным. Там же описаны странные правила, по которым работают распределители памяти.
Реализации
string
, основанные на подсчете ссылок, также содержат:
• счетчик ссылок для текущего содержимого.
В разных реализациях
string
эти данные хранятся по-разному. Для наглядности мы рассмотрим структуры данных, используемые в четырех вариантах реализации
string
. В выборе нет ничего особенного, все варианты позаимствованы из широко распространенных реализаций STL. Просто они оказались первыми, попавшимися мне на глаза.
В реализации A каждый объект
string
содержит копию своего распределителя памяти, размер строки, ее емкость и указатель на динамически выделенный буфер со счетчиком ссылок (
RefCnt
) и содержимым строки. В этом варианте объект
string
, использующий стандартный распределитель памяти, занимает в четыре раза больше памяти по сравнению с указателем. При использовании нестандартного указателя объект
string
увеличится на размер объекта распределителя.
В реализации B объекты
string
по размерам не отличаются от указателей, поскольку они содержат указатель на структуру. При этом также предполагается использование стандартного распределителя памяти. Как и в реализации A, при использовании нестандартного распределителя размер объекта
string
увеличивается на размер объекта распределителя. Благодаря оптимизации, присутствующей в этом варианте, но не предусмотренной в варианте A, использование стандартного распределителя обходится без затрат памяти.
В объекте, на который ссылается указатель, хранится размер строки, емкость и счетчик ссылок, а также указатель на динамически выделенный буфер с текущим содержимым строки. Здесь же хранятся дополнительные данные, относящиеся к синхронизации доступа в многопоточных системах. К нашей теме они не относятся, поэтому на рисунке соответствующая часть структуры данных обозначена «Прочее».
Блок «Прочее» оказался больше остальных блоков, поскольку я постарался выдержать масштаб изображения. Если один блок вдвое больше другого, значит, он занимает вдвое больше памяти. В реализации B размер данных синхронизации примерно в шесть раз превышает размер указателя.