不要轻易定义指向std::vector中的元素的指针

类应该是被封装的,类的用户通过接口使用类提供的功能,而不必关心类的内部如何实现。然而,C++标准库容器 std::vector 的实现渗透到了接口中来。对于以下代码:

    const int pushNum = 10;
    std::vector<int> v = { 1,2,3 };
    int* p = &v[1];
    std::cout << "*p = " << * p << std::endl;
    std::cout << "v[1] = " << v[1] << std::endl;
for (int i = 0; i < pushNum; i++) v.push_back(i); std::cout << "---------------------" << std::endl;
std::cout
<< "*p = " << *p << std::endl; std::cout << "v[1] = " << v[1] << std::endl;

我们初始化了一个有3个int元素的vector,定义了一个int 指针p,指向v[1] , 打印 *p 以及v[1] 的值。 然后向 v 中push_back() 了10 个元素,之后再次打印 *p 以及 v[1] 的值。在作者的环境中,程序的运行结果如下:

 

 可以看到,在最初的v 中,打印出的*p 以及 v[1] 的值都是2, 这正是容器中下标为 1 的元素的值。 而push_back() 一些元素之后,v[1] 仍然是2,但是*p 的值却变了。指针p指向的就是v[1] ,为什么会这样呢?原因要追溯到标准库std::vector的实现。

std::vector 对象动态管理内存空间,一个std::vector 对象所分配的所有内存空间未必都构造了元素。可以使用其成员函数size() 返回其已构造的元素数量, 使用capacity() 返回其已分配的总容量,即,已分配的内存一共可以构造多少个元素。随着我们不断push_back(),size 会逐渐增加,直到capacity没有足够的空间能够容下下一个元素,这时,std::vector就会分配更多的内存。然而,std::vector 要求元素是连续存储的,如果此时连续的内存已经没有更多的空间了,std::vector会把所有元素搬到一块其他的,更大的内存空间,来容纳更多元素,并且其内部实现会保证其重载的下标访问运算符 [ ] 是有效的,然而std::vector 无法得知此时有一个指针p指向了容器内的元素,所以无法更新指针,而指针所指向的旧的内存现在是未知的。

那么std::vector 每次重新分配的时候会申请多大的空间作为capacity() ? 作者在自己的环境中做了一些实验,但并没有发现什么规律。

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