目的

此文旨在弄清c++中vector的三个成员函数size(), capacity(), max_size()的返回值的意义和关系。其函数原型分别如下：

size_type size() const;
size_type capacity() const
size_type max_size() const;

测试代码

下边这段代码唯一做的事情就是建立一个vector,并不停的往里加数据，每当capacity改变时，将size(), capacity(), max_size()三个函数的返回值分别打印出来：

#include <stdio.h>
#include <vector>
int main() {
	std::vector<double> v;
	printf("size:%d capacity:%d max_size:%llu\n",v.size(),v.capacity(),v.max_size());
	int last_capacity = -1;
	for (int i = 0; i < v.max_size(); ++i) {
		v.push_back(1.0*i);
		if (last_capacity!=v.capacity()) {
			printf("size:%10d capacity:%10d c/l:%d max_size:%llu\n",
				v.size(),v.capacity(),v.capacity()/last_capacity,v.max_size());
		}
		last_capacity = v.capacity();
	}
	return 0;
}

代码输出如下：

不同编译器下的结果

上边测试结果在visual studio下跑出（具体哪个版本忘记了，抱歉，不过这不是重点），下边是visual studio 2019和Ubuntu g++下的测试结果，重点关注capacity(), max_size()的返回值。

结论

从以上输出中我们可以得到以下几个结论：

1. vector的最大容量max_size是2305843009213693951，这个值不变，这个“最大”只是逻辑上的，也就是这个类型逻辑上支持vector的最大长度，即capacity()重新分配的上限。

程序持续运行下去，直到重新向操作系统申请内存时会报错，max_size是2305843009213693951这个说法其实不确切，只能说明其是一个定值，具体大小由编译器决定。

2. vector的capacity,是指当前状态下（未重新向操作系统申请内存前）的最大容量。这个值如果不指定，则开始是0，加入第一个值时，由于capacity不够，向操作系统申请了长度为1的内存。在这之后每次capacity不足时，都会重新向操作系统申请长度为原来两倍的内存。

由此也可以得出结论，最佳方法是vector创建时，就指定一个capacity，无法预知大小没关系，先设一个值，总比0好。这样避免频繁的realloc操作，提高程序效率。

3. 另外，重新申请内存的策略由编译器决定。从上节的结果我们可以看出，g++编译器使用的是两倍策略。而visual studio 2019则使用的是1.5 倍策略（这个方法更优秀！）。

C:\Program Files (x86)\Microsoft Visual Studio\2019\Community\VC\Tools\MSVC\14.24.28314\include\vector

    size_type _Calculate_growth(const size_type _Newsize) const {
       // given _Oldcapacity and _Newsize, calculate geometric growth
       const size_type _Oldcapacity = capacity();

       if (_Oldcapacity > max_size() - _Oldcapacity / 2) {
           return _Newsize; // geometric growth would overflow
       }

       const size_type _Geometric = _Oldcapacity + _Oldcapacity / 2;

       if (_Geometric < _Newsize) {
           return _Newsize; // geometric growth would be insufficient
       }

       return _Geometric; // geometric growth is sufficient
   }