面试题：C++ 中 vector 的原理？resize 和 reserve 的区别是什么？size 和 capacity 的区别？

std::vector 是 C++ 标准模板库（STL）中最常用的动态数组容器。它的核心特点是支持动态扩容和高效的随机访问。理解 std::vector 的原理以及 resize、reserve、size 和 capacity 的区别是面试中的常见问题。

---

1. std::vector 的原理

• 底层实现：std::vector 基于动态数组实现，元素存储在连续的内存空间中。
• 动态扩容：
  • 当元素数量超过当前容量时，std::vector 会分配一块更大的内存（通常是当前容量的 2 倍或 1.5 倍）。
  • 将原有元素拷贝到新内存中，然后释放旧内存。
• 随机访问：由于元素存储在连续内存中，可以通过下标直接访问元素，时间复杂度为 O(1)。

---

2. resize 和 reserve 的区别

（1）resize

• 功能：调整 std::vector 的大小（即元素数量）。
• 行为：
  • 如果新的大小大于当前大小，则会在尾部添加默认初始化的元素。
  • 如果新的大小小于当前大小，则会删除尾部的元素。
• 影响：
  • 可能改变 size() 的值。
  • 如果新的大小超过当前容量，会触发内存重新分配。

（2）reserve

• 功能：调整 std::vector 的容量（即内存空间），但不改变元素数量。
• 行为：
  • 如果新容量大于当前容量，则分配更大的内存空间。
  • 如果新容量小于或等于当前容量，则不做任何操作。
• 影响：
  • 改变 capacity() 的值。
  • 不改变 size() 的值。

---

3. size 和 capacity 的区别

（1）size

• 含义：当前 std::vector 中实际存储的元素数量。
• 返回值：size() 返回 std::vector 中元素的数量。

（2）capacity

• 含义：当前 std::vector 分配的内存空间可以容纳的元素数量。
• 返回值：capacity() 返回 std::vector 的容量。

---

4. size 和 capacity 的关系

• size：表示实际存储的元素数量。
• capacity：表示当前分配的内存空间可以容纳的元素数量。
• 关系：size() <= capacity()。

---

5. 动态扩容的示例

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> vec;
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        vec.push_back(i);
        std::cout << "Size: " << vec.size() << ", Capacity: " << vec.capacity() << std::endl;
    }
    return 0;
}

输出：

Size: 1, Capacity: 1
Size: 2, Capacity: 2
Size: 3, Capacity: 4
Size: 4, Capacity: 4
Size: 5, Capacity: 8
Size: 6, Capacity: 8
Size: 7, Capacity: 8
Size: 8, Capacity: 8
Size: 9, Capacity: 16
Size: 10, Capacity: 16

---

6. 总结

• resize：调整元素数量，可能改变 size() 和 capacity()。
• reserve：调整容量，只改变 capacity()，不改变 size()。
• size：当前元素数量。
• capacity：当前分配的内存空间可以容纳的元素数量。

在面试中，理解 std::vector 的动态扩容机制以及 resize、reserve、size 和 capacity 的区别是非常重要的。