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内存分配

需要内存释放的场景

内存释放

1.清空vector的元素：clear()

2.【非强制】释放内存：clear() + shrink_to_fit()

3.【推荐】释放内存：swap()

4.双层vector释放内存

方法一：clear+shrink_to_fit释放

方法二：逐层采用swap释放

方法三：重新分配，销毁整个双层vector释放

5.多层vector释放内存

内存分配

1.C++ vector：相当于一个动态数组，它的内存会随着size的增加而不断的增长。


2.内存分配的两个函数：

size()返回实际占用内存的个数

capacity()，返回实际申请的空间大小，一般来说，capacity >= size 。

3.扩容：当capacity和size相等时，vector就会扩容，capacity会成倍增长。一般来说，vector扩容后内存是原来的2倍，但也有说扩容后是原来内存的1.5倍，与操作系统相关。

4.扩容原理：以vector最常用的push_back为例，调用push_back时，若当前容量（capacity）已经不能够容纳新的元素，即此时capacity=size，那么vector会重新申请一块内存，把之前的内存里的元素拷贝到新的内存当中，然后把push_back的元素拷贝到新的内存中，最后要析构原有的vector并释放原有的内存。这个过程的效率是极低的，为了避免频繁的分配内存，C++每次申请内存一般都会成倍的增长，例如之前是4，那么重新申请后就是8，以此类推。

5.扩容隐患：由于每次内存分配成倍数申请，可能引发内存分配不足抛出bad_alloc异常，推荐以下的解决方案：如何在C++中处理bad_alloc？ | 经验摘录。

3.扩容验证代码：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int  main(){
vector<int> vec(10);
cout << "vec.size: "<< vec.size() <<endl;
cout << "vec.capacity；"<< vec.capacity()<<endl;
vec.push_back(1);
cout << "vec.size: "<< vec.size() <<endl;
cout << "vec.capacity："<< vec.capacity()<<endl;

}

运行结果如图：

需要内存释放的场景

什么情况下需要释放vector呢？

1.vector是局部变量的不用释放。

2.采用智能指针创建的vector不用释放。

3.动态分配出来的vector，但数据量不大，对内存影响很小不用释放，但未来重新使用这个vector，插入大量新元素，用swap清空比较好。

4.动态分配出来的vector且包含大数据集的需要。

1.局部变量不需要释放：C++ 在其生命周期结束时自动销毁，并自动释放其占用的内存。因此当myFunc执行完成完，vec即使包含大量对象内存也能被自动释放。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

void myFunc() {
    vector<int> vec(1000000, 123);
}

int main() {
    myFunc();
    return 0;
}

2.动态分配需要释放的：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std; 

int main() {
    vector<int>* vec = new vector<int>(1000000, 123);
    vector<int>().swap(*vec);

    cout << "After swap - size: " << vec->size() << ", capacity: " << vec->capacity() << endl;

    delete vec;

    return 0;
}

3.智能指针分配的vector不需要释放：

#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {

    unique_ptr<vector<int>> vec(new vector<int>(1000000, 123));  

    cout << "vec size: " << vec->size() << ", capacity: " << vec->capacity() << endl;

    cout << "离开作用域后，vec自动销毁，不需要swap释放内存" << endl;

    return 0;
}

内存释放

1.清空vector的元素：clear()

使用clear()不会真正释放内存，capacity()无变化

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main(){
	vector<int> vec;
	//手动空间100 
	vec.reserve(100);
	vec.push_back(1);
	vec.push_back(2);
	cout <<"vec.size(): " << vec.size() << endl;
	cout <<"vec.capasity(): " << vec.capacity() << endl;
	vec.clear();
	cout <<"After vec.size(): " << vec.size() << endl;
	cout <<" After vec.capasity(): " << vec.capacity() << endl;
	
	return 0;
}

运行结果如图：

2.【非强制】释放内存：clear() + shrink_to_fit()

shrink_to_fit()官方定义Requests the container to reduce its capacity to fit its size， 即减少容量至适应其自身大小）。但shrink_to_fit()某些情况下非强保证执行，与编译器和内存分配策略息息相关。所以clear+shrink_to_fit方法可以作为一种参考。如果想要安全释放，还是推荐用3中的swap方法。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main(){
	vector<int> vec;
	//手动空间100 
	vec.reserve(100);
	vec.push_back(1);
	vec.push_back(2);
	cout <<"vec.size(): " << vec.size() << endl;
	cout <<"vec.capasity(): " << vec.capacity() << endl;
	vec.clear();
	vec.shrink_to_fit();
	cout <<"After vec.size(): " << vec.size() << endl;
	cout <<"After vec.capasity(): " << vec.capacity() << endl;
	
	return 0;
}

运行结果如图:

3.【推荐】释放内存：swap()

1.swap的用法有以下两种：

1.释放vector中多余的空间

2.释放整个vector空间

构造函数也不同：

释放整个vecter空间：vector<int> ().swap(vec);

释放vec中多余空间：vector<int> (vec).swap(vec);

原理:

采用swap释放空间原理：vector()使用默认构造函数建立临时vector对象，再对该临时对象上调用swap()成员，swap调用之后对象vector占用的空间就等于一个默认构造的对象的大小，临时对象就具有原来对象vector的大小，而临时对象随机被析构，从而其占用的空间被释放调。

举个例子：执行vector<int>().swap(vec)语句时，实际是执行三步操作：

1.创建一个临时，无指向的vector<int> 对象。

2.使用 swap 方法将临时对象与 vec 交换。

3. 通过交换，vec 的资源释放并且临时对象也被销毁，从而释放其内存。

例：vector释放全部占用内存

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main(){
	vector<int> vec;
	//手动空间100 
	vec.reserve(100);
	vec.push_back(1);
	vec.push_back(2);
	cout <<"vec.size(): " << vec.size() << endl;
	cout <<"vec.capasity(): " << vec.capacity() << endl;
	vector<int> ().swap(vec);
	cout <<"After vec.size(): " << vec.size() << endl;
	cout <<"After vec.capasity(): " << vec.capacity() << endl;
	
	return 0;
}

运行结果如图：

4.双层vector释放内存

 方法一：循环清空每个内部vector并使用 shrink_to_fit() 方法来回收内存。但这种方法不是百分百有效。

方法二：遍历外层对象中的每个内部对象，使用vector<int>().swap(vec); 方法来释放每个内层对象的内存。

方法三：重新分配一个新的双层vector，swap交换并销毁原来的双层vector。

另外，方法一和方法二中，销毁顺序是从最深层开始逐步向外释放每一层的内存。这样做的好处是确保内存被适当和完全地释放，从而避免任何潜在的内存泄漏或不必要的内存占用。

方法一：clear+shrink_to_fit释放

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main(){
	vector<vector<int>> vec;
	vec.push_back({1,2});
	vec.push_back({4,5,6});
	vec.push_back({7,8,9});
	
	cout<<"vec outer size: "<<vec.size()<<endl;
	for(const auto& i: vec){
		cout <<"vec vinner size: "<<vec.size() <<" , vec inner capacity: "<<i.capacity()<<endl;
	}
    //释放内层
	for(auto& i :vec){
		i.clear();
    	i.shrink_to_fit();
	} 
    //释放外层
	vec.clear();
    vec.shrink_to_fit();

	cout<<"after releasing vec outer size: "<<vec.size()<<endl;
}

方法二：逐层采用swap释放

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main(){
	vector<vector<int>> vec;
	vec.push_back({1,2});
	vec.push_back({4,5,6});
	vec.push_back({7,8,9});
	
	cout<<"vec outer size: "<<vec.size()<<endl;
	for(const auto& i: vec){
		cout <<"vec vinner size: "<<vec.size() <<" , vec inner capacity: "<<i.capacity()<<endl;
	}
	
	//释放内层
	for(auto& i :vec){
		vector<int>().swap(i);
	} 
	//释放外层 
	vector<vector<int>>().swap(vec);

	cout<<"after releasing vec outer size: "<<vec.size()<<endl;
}

方法三：重新分配，销毁整个双层vector释放

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main(){
	vector<vector<int>> vec;
	vec.push_back({1,2});
	vec.push_back({4,5,6});
	vec.push_back({7,8,9});
	
	cout<<"vec outer size: "<<vec.size()<<endl;
	for(const auto& i: vec){
		cout <<"vec vinner size: "<<vec.size() <<" , vec inner capacity: "<<i.capacity()<<endl;
	}

	vector<std::vector<int>>().swap(vec);
	cout<<"after releasing vec outer size: "<<vec.size()<<endl;
}

上面三种方法运行结果如图：

5.多层vector释放内存

        多层vector释放内存的顺序仍然遵循的基本原则：首先释放最深层的数据结构（内部对象），然后再释放上一层的对象，以此类推，直到释放最外层的对象。或者用vector<vector<vector<int>>>().swap(three_dim_vec);

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

void res(const vector<vector<vector<int>>>& tmp) {
    cout << "最外层 vector size: " << tmp.size() << endl;
    for (const auto& i : tmp) {
        cout << "\中间层 vector size: " << i.size() << endl;
        for (const auto& j : i) {
            cout << "\t\t最内层 vector size: " << j.size() << endl;
        }
    }
}

int main() {
    vector<vector<vector<int>>> vec;
    for (int i = 0; i < 3; ++i) {
        vector<vector<int>> vec1;
        for (int j = 0; j < 2; ++j) {
            vector<int> vec2;
            for (int k = 0; k < 4; ++k) {
                vec2.push_back(i * 100 + j * 10 + k);
            }
            vec1.push_back(vec2);
        }
        vec.push_back(vec1);
    }

    //三层vec
    cout << "-----初始vec-----" << endl;
    res(vec);

    for (auto& vec1 : vec) {
        for (auto& vec2 : vec1) {
            vector<int>().swap(vec2);  // 释放最深层
        }
        vector<vector<int>>().swap(vec1);  // 释放中间层
    }
    vector<vector<vector<int>>>().swap(vec);  // 释放最外层

    // 打印释放内存后的向量信息
    cout << "\n-----释放后vec-----" << endl;
    res(vec);  // 中间层和最内层不会输出，因为内存已经被释放，编译器可能报错

    return 0;
}

运行结果如下：

# c++
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