动态数组扩容通过调整容量平衡性能与内存，常见策略有倍增、线性及1.5倍增长，结合函数指针可灵活切换，提升特定场景下的效率表现。
在C++中，动态数组扩容是实现类似
std::vector
功能的核心机制。当现有容量不足以容纳新元素时，需要重新分配更大的内存空间，并将原有数据迁移过去。自定义扩容策略可以优化性能，适应不同场景下的内存和速度需求。
扩容的基本原理
动态数组通常包含三个核心指针或变量：
当插入元素时，若
size == capacity
，则触发扩容。扩容步骤如下：
- 根据策略计算新的容量
- 分配新内存块
- 将旧数据复制或移动到新内存
- 释放旧内存
- 更新
data
、
capacity
常见扩容策略对比
不同策略在内存使用和时间开销之间权衡：
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- 倍增策略（如×1.5或×2）：常见于STL容器，摊还插入时间O(1)，但可能浪费较多内存
- 线性增长（如+固定值）：内存友好，但频繁扩容导致性能下降
- Fibonacci增长：折中方案，增长速度介于线性和指数之间
自定义策略实现示例
下面是一个支持自定义扩容策略的动态数组模板：
template<typename T> class DynamicArray { private: T* data; size_t size; size_t cap; <pre class='brush:php;toolbar:false;'>// 扩容策略函数指针 size_t (*growth_strategy)(size_t); void reallocate() { size_t new_cap = growth_strategy(cap); T* new_data = new T[new_cap]; for (size_t i = 0; i < size; ++i) { new_data[i] = std::move(data[i]); } delete[] data; data = new_data; cap = new_cap; }
public: explicit DynamicArray(size_t initial_cap = 10, size_t (*strategy)(size_t) = default_strategy) : data(new T[initial_cap]) , size(0) , cap(initial_cap) , growth_strategy(strategy) {}
~DynamicArray() { delete[] data; } void push_back(const T& value) { if (size == cap) reallocate(); data[size++] = value; } void push_back(T&& value) { if (size == cap) reallocate(); data[size++] = std::move(value); } T& operator[](size_t index) { return data[index]; } const T& operator[](size_t index) const { return data[index]; } size_t length() const { return size; } size_t capacity() const { return cap; } // 默认策略：容量翻倍 static size_t default_strategy(size_t current) { return current == 0 ? 1 : current * 2; } // 线性增长策略 static size_t linear_strategy(size_t current) { return current + 10; } // 1.5倍增长策略 static size_t multiplicative_strategy(size_t current) { return current == 0 ? 1 : current + (current >> 1); // current * 1.5 }
};
使用示例与策略选择
根据应用场景选择合适的策略：
int main() { // 使用默认翻倍策略 DynamicArray<int> arr1(8); <pre class='brush:php;toolbar:false;'>// 使用1.5倍增长，减少内存浪费 DynamicArray<int> arr2(8, DynamicArray<int>::multiplicative_strategy); // 使用线性增长，适用于小数据量且内存敏感场景 DynamicArray<int> arr3(8, DynamicArray<int>::linear_strategy); for (int i = 0; i < 100; ++i) { arr1.push_back(i); } return 0;
}
选择策略时考虑：
- 若频繁插入且性能优先，推荐倍增或1.5倍策略
- 若内存受限或数据量可预估，线性增长更合适
- 可设计更复杂的策略，如根据当前容量分段处理
基本上就这些。自定义扩容策略的关键在于平衡内存开销和复制成本，通过函数指针或模板参数灵活切换策略，能有效提升容器在特定场景下的表现。
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