如何排查容器假死的情况对容器的检查方法

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mob6454cc7b3ae8 2024-04-18 14:13:18

文章标签 如何排查容器假死的情况容器 c++ STL ci 文章分类 云原生云计算

文章目录

empty()和size()都可以判断容器是否为空，谁更好？
array 为何比普通数组安全
vector容器的容量（capacity）和大小（size）的区别
vector添加元素push_back()和emplace_back()的区别
vector插入元素insert()和emplace()的区别
vecter容器使用remove()需要注意：
为何要避免使用vector
deque容器为什么没有提供data()成员函数 ( 为何不要使用指针去访问deque容器中指定位置处的元素 )
forward_list没有size()成员函数，如何获取元素个数

empty()和size()都可以判断容器是否为空，谁更好？

建议使用 empty() 成员方法。理由很简单，无论是哪种容器，只要其模板类中提供了 empty() 成员方法，使用此方法都可以保证在 O(1) 时间复杂度内完成对“容器是否为空”的判断；但对于 list 容器来说，使用 size() 成员方法判断“容器是否为空”，可能要消耗 O(n) 的时间复杂度。
此处参考

array 为何比普通数组安全

普通数组没有做任何边界检查，所以即便使用越界的索引值去访问或存储元素，也不会被检测到
例如：

int test2[10] = { 1,2,3,4,5 };
test2[4] = 2.0 * test2[111];
std::cout << test2[4] << std::endl;

注意：array 这样使用也不会被检测到

std::array<int, 10> test{ 1,2,3,4,5 };
test[4] = 2.0 * test[111];
std::cout << test[4] << std::endl;

为了能够有效地避免越界访问的情况，可以使用 array 容器提供的 at() 成员函数，例如 :

std::array<int, 10> test{ 1,2,3,4,5 };
test.at(4) = 2.0 * test.at(111);
std::cout << test[4] << std::endl;

vector容器的容量（capacity）和大小（size）的区别

vector 容器的容量（用 capacity 表示），指的是在不分配更多内存的情况下，容器可以保存的最多元素个数；而 vector 容器的大小（用 size 表示），指的是它实际所包含的元素个数。

如何排查容器假死的情况对容器的检查方法_STL

注意： 当 vector 容器的大小和容量相等时，如果再向其添加（或者插入）一个元素，vector 往往会申请多个存储空间，而不仅仅只申请 1 个，并且容器会重新生成。
例：

int main() {
	std::vector<int>test{ 1,2,3,4,5 };
	std::cout << "test 容量是：" << test.capacity() << std::endl;
	std::cout << "test 大小是：" << test.size() << std::endl;
	std::cout << "test首地址：" <<test.data() << std::endl;

	test.push_back(6);

	std::cout << "test 容量是(2)：" << test.capacity() << std::endl;
	std::cout << "test 大小是(2)：" << test.size() << std::endl;
	std::cout << "test首地址：" << test.data() << std::endl;

	test.push_back(7);

	std::cout << "test 容量是(2)：" << test.capacity() << std::endl;
	std::cout << "test 大小是(2)：" << test.size() << std::endl;
	std::cout << "test首地址：" << test.data() << std::endl;
}

结果：

test 容量是：5
test 大小是：5
test首地址：00000237D6E200E0
test 容量是(2)：7
test 大小是(2)：6
test首地址：00000237D6E1D320
test 容量是(2)：7
test 大小是(2)：7
test首地址：00000237D6E1D320

可见当容器的大小超过容器的容量的时候，容器的首地址改变了，说明容器重建了

注意：当 vector 容器的大小和容量相等时，向其添加一个元素时会使得首地址发生改变。（经常有人因此发生bug，需要注意）

vector内部的扩容步骤：

弃用现有的内存空间，重新申请更大的内存空间；
将旧内存空间中的数据，按原有顺序移动到新的内存空间中；
将旧的内存空间释放。

vector添加元素push_back()和emplace_back()的区别

emplace_back() 和 push_back() 的区别，就在于底层实现的机制不同。push_back() 向容器尾部添加元素时，首先会创建这个元素，然后再将这个元素拷贝或者移动到容器中（如果是拷贝的话，事后会自行销毁先前创建的这个元素）；而 emplace_back() 在实现时，则是直接在容器尾部创建这个元素，省去了拷贝或移动元素的过程。
简而言之：emplace_back()是c++11 新添加的，效率要比push_back()高

vector插入元素insert()和emplace()的区别

语法格式	用法说明
iterator insert(pos,elem)	在迭代器 pos 指定的位置之前插入一个新元素elem，并返回表示新插入元素位置的迭代器。
iterator insert(pos,n,elem)	在迭代器 pos 指定的位置之前插入 n 个元素 elem，并返回表示第一个新插入元素位置的迭代器。
iterator insert(pos,first,last)	在迭代器 pos 指定的位置之前，插入其他容器（不仅限于vector）中位于 [first,last) 区域的所有元素，并返回表示第一个新插入元素位置的迭代器。
iterator insert(pos,initlist)	在迭代器 pos 指定的位置之前，插入初始化列表（用大括号{}括起来的多个元素，中间有逗号隔开）中所有的元素，并返回表示第一个新插入元素位置的迭代器。
iterator emplace (pos, elem)	在迭代器 pos 指定的位置之前插入一个新元素elem，并返回表示新插入元素位置的迭代器。

可见：insert() 的功能要比 emplace()多。单比较插入一个元素，emplace()效率要比insert()要高，原因同上一条。

vecter容器使用remove()需要注意：

注意： remove()不是vector的成员函数，该函数定义在头文件中

通过remove()函数删除 vector容器中的多个指定元素，该容器的大小和容量都没有改变，其剩余位置还保留了之前存储的元素,还需要使用 erase() 成员函数删掉这些无用的元素。

如图：

如何排查容器假死的情况对容器的检查方法_STL_02

例子：

int main() {
	std::vector<int>test{ 9,9,9,1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
	std::cout << "size:"<< test.size() << std::endl;
	std::cout << "capacity:" << test.capacity() << std::endl;

	for (auto i : test) {
		printf(" %d", i);
	}
	printf("\n");

	auto iter = std::remove(test.begin(), test.end(), 9);

	for (auto i : test) {
		printf(" %d", i);
	}
	printf("\n");
	std::cout << "size:" << test.size() << std::endl;
	std::cout << "capacity:" << test.capacity() << std::endl;

	test.erase(iter, test.end());
	for (auto i : test) {
		printf(" %d", i);
	}
	printf("\n");
	std::cout << "size:" << test.size() << std::endl;
	std::cout << "capacity:" << test.capacity() << std::endl;
}

结果：

size:12
capacity:12
 9 9 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9
 1 2 3 4 5 6 7 8 6 7 8 9
size:12
capacity:12
 1 2 3 4 5 6 7 8
size:8
capacity:12

为何要避免使用vector

这是个c++ 的历史遗留问题，在早先vector每个元素是存在一个bit中而不是byte。
且vector 不完全满足 C++ 标准中对容器的要求，
所以vector就不是一个容器，尽量避免在实际场景中使用它！
在需要用到的时候用 deque 代替

deque容器为什么没有提供data()成员函数 ( 为何不要使用指针去访问deque容器中指定位置处的元素 )

和vector不同，deque的存储空间不一定是连续的，通常他是有多个连续的空间组成的。因此尝试使用指针去访问 deque 容器中指定位置处的元素，是非常危险的

deque的存储方式如下图所示：

如何排查容器假死的情况对容器的检查方法_STL_03

forward_list没有size()成员函数，如何获取元素个数

可以使用头文件中的 distance() 函数

#include <iostream>
#include <forward_list>
#include <iterator>
int main()
{
	std::forward_list<int> test{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
	int size = std::distance(test.begin(), test.end());
	int size2 = std::distance(std::begin(test), std::end(test));
	std::cout << "size:" << size << std::endl;
	std::cout << "size2:" << size2 << std::endl;
}