C++，关于 vector 和 map 的区别小结

m0_58709899

743人浏览 · 2026-02-08 01:15:40

m0_58709899 · 2026-02-08 01:15:40 发布

关于 vector

1. vector 的底层本质：连续的动态数组

std::vector的核心是一块连续的、固定大小的内存块（可以理解为 “一整块连续的货架”），它有两个关键属性：

size：当前实际存储的元素个数（货架上已放的物品数）
capacity：内存块的总容量（货架的总格子数），capacity ≥ size

2. 扩容的触发条件

当你执行push_back()/insert()时，如果新元素会导致size > capacity（货架满了，放不下新物品），就必须扩容—— 而连续内存的特性决定了 “扩容不能在原地址直接扩展”（因为原内存块后面的空间可能已经被其他程序占用）。

扩容时，vector会做 3 件事：

申请新内存：找一块更大的连续内存块
拷贝 / 移动元素：把原内存块里的所有元素都拷贝（或移动）到新内存块；
释放原内存：销毁原内存块里的元素，释放原内存空间。

这就是为什么vector插入可能 “重新分配内存 + 拷贝所有原有元素”—— 本质是连续内存无法原地扩容，只能整体搬迁。

std::vector<int> vec; // 可塞入一些值观察输出不同
std::cout << "size=" << vec.size() << ", capacity=" << vec.capacity() << std::endl;

3. 避免频繁扩容：给vector初始化/指定合理的尺寸

方式1，初始化时指定合适的尺寸（慎重）

vector<int> vec(n);      // 初始化size=n的vector, 元素为默认值(如0), 此时 capacity>=n
vector<int> vec(n, val); // 初始化size=n, 元素都为val的vector, 此时 capacity>=n

n为元素个数
vec的size已被设置为n，但并未锁死，因此允许通过push_back继续添加新元素，且size和capacity会相应变化
需要注意，和通常的习惯不同，vec以此种方式初始化后，赋值应通过中括号[]基于元素位置索引进行“覆盖式赋值” （除非有多于n个的元素，则通过push_back来添加）

方式2，reserve函数重新分配内存块（推荐）

std::vector<int> vec;
vec.reserve(n);  // vec的size不变,但capacity被设置为n,因此只要vec后续添加元素的数量<=n,都不会引发扩容

n为元素个数
只改capacity,不改size,目的就是避免频繁扩容，因此只要vec内添加元素的数量<=n,都不会引发扩容
预留的内存不能直接访问（比如用[]）
不能缩容：当reserve函数的n值小于vec当前的capacity时, 该reserve代码是无效的（不会缩容，也不会修改任何数据）

方式3，resize函数指定元素数量（慎重）

std::vector<int> vec;
vec.resize(n);       // 将vec的size强制为n, 若vec的原size大于n则多出的元素被销毁; 若vec的原size小于n则新增的size空间内被填充默认值
vec.resize(n, val);  // 同上,但若vec的原size小于n则新增的size空间内被填充指定的val值

n为元素个数
将vec的size强制设为n，且也会改变capacity, 但size并未锁死，因此允许后续通过push_back继续添加新元素，且size和capacity会相应变化
若n<vec原size, 则n之后的多余元素会被销毁
若n>vec原size, 则新增 (n - 原size) 个元素，且以默认值或val值初始化
赋值应通过中括号[]基于元素位置索引进行“覆盖式赋值”（除非有多于n个的元素，则通过push_back来添加）

4. 说明

问：

我之前有个疑惑，无论是初始化时/resize时指定尺寸还是reserve重新分配内存，能输入的只有元素个数n，但对于诸如 vector<cv::Mat> 或 vector<vector<cv::Point>> 甚至 vector<map<int,cv::Mat>> 这种嵌套的复杂的容器，将要塞入vector的元素究竟实际有多大还是不确定的，那么重新分配内存的字节数是如何确定的呢？

答：

cv::Mat大小是不确定的，但 sizeof(cv::Mat) 是确定的，即矩阵信息头的大小，其中包含了数据指针、矩阵尺寸、矩阵类型等信息，而矩阵内的实际数据并不在其中；
vector<cv::Point>内不管存了多少cv::Point，其vector的本质都是“容器头”，即sizeof (vector<cv::Point>)是确定的，只包含了指向数据区的指针、size、capacity等信息；
map<int,cv::Mat>也是类似的, sizeof(map<int,cv::Mat>) 的大小是完全固定的，只包含了指针以及描述map的红黑树结构尺寸等信息，实际数据并不在其中

关于 map

1. 情景一

对于一个比较复杂的map，诸如

map<int, map<int, cv::Mat>> dataMapMap;

如果对该数据的某个value，即map<int, cv::Mat> data，进行修改，比如再insert一个新的键值对，则：

该操作是完全可行的
不会引发类似于vector的扩容问题，因为map是基于红黑树的，数据本身就不在连续内存上，因此不存在扩容问题

此外，当我想取出dataMapMap的某个key对应的某个value时，注意

map<int, cv::Mat> newDataMap = dataMapMap.at(key);

此时这种基于等于号的赋值在cv::Mat层面是浅拷贝，即数据还在同一块内存上。

这种cv::Mat的浅拷贝在并行加速时，如果是只读则没有问题，但若涉及矩阵值修改，则会引发错误。

2. 情景二

问：

对于数据 map<int, map<int, cv::Mat>> dataMapMap;

若用等于号将其赋值给另一个容器：

map<int, map<int, cv::Mat>> newDataMapMap = dataMapMap;

则dataMapMap内的value，即map<int, cv::Mat>是深拷贝还是浅拷贝？

答：

对于map<int, cv::Mat>这个子 map 容器本身：是深拷贝（两个子 map 是独立的容器，修改子 map 的结构如插入 / 删除键值对，不会互相影响）；
对于子 map 里的cv::Mat元素：是浅拷贝（两个子 map 中相同 key 对应的 cv::Mat 共享像素数据区，修改 Mat 的像素值会互相影响）

进一步地说：

newDataMapMap = dataMapMap的赋值行为分为两层，需逐层理解：

1. 外层 map 的赋值：逐元素深拷贝子 map 容器

std::map的赋值运算符（=）本质是容器级的深拷贝—— 它会为newDataMapMap创建一个全新的红黑树，然后：

拷贝dataMapMap的所有外层 key（比如 1、2、3）；
对每个外层 key 对应的map<int, cv::Mat>对象，执行子 map 的赋值（即拷贝整个子 map 的红黑树结构尺寸等信息）；
最终newDataMapMap和dataMapMap是两个完全独立的外层 map 容器，修改其中一个的外层 key（如插入 / 删除外层 key），不会影响另一个。