015 《Folly SmallVector 权威指南》
🌟🌟🌟本文案由Gemini 2.0 Flash Thinking Experimental 01-21创作，用来辅助学习知识。🌟🌟🌟
书籍大纲
▮▮▮▮ 1. chapter 1： 走进 Folly SmallVector（走进 Folly SmallVector）
▮▮▮▮▮▮▮ 1.1 初识 Folly 与 SmallVector（初识 Folly 与 SmallVector）：Folly 库概览及其在现代 C++ 开发中的作用
▮▮▮▮▮▮▮ 1.2 SmallVector 的设计哲学与优势（SmallVector 的设计哲学与优势）：对比 std::vector，解析 SmallVector 在特定场景下的性能优势和适用性
▮▮▮▮▮▮▮ 1.3 SmallVector 的应用场景分析（SmallVector 的应用场景分析）：从嵌入式系统到高性能服务器，SmallVector 的用武之地
▮▮▮▮▮▮▮ 1.4 环境搭建与快速上手（环境搭建与快速上手）：如何引入 Folly 库，编写你的第一个 SmallVector 程序
▮▮▮▮ 2. chapter 2： SmallVector 基础：核心概念与用法（SmallVector 基础：核心概念与用法）
▮▮▮▮▮▮▮ 2.1 模板参数详解：Capacity 与 Size（模板参数详解：Capacity 与 Size）：深入理解 SmallVector 的内存布局，静态容量与动态增长
▮▮▮▮▮▮▮ 2.2 构造、析构与赋值：对象的生命周期管理（构造、析构与赋值：对象的生命周期管理）：各种构造函数、拷贝与移动语义、析构行为详解
▮▮▮▮▮▮▮ 2.3 元素访问与迭代器（元素访问与迭代器）：operator[]、at()、front()、back()，begin()、end()、rbegin()、rend() 的使用
▮▮▮▮▮▮▮ 2.4 容量管理与元素操作（容量管理与元素操作）：size()、capacity()、empty()、reserve()、shrink_to_fit()，push_back()、pop_back()、insert()、erase()、clear() 等常用 API
▮▮▮▮▮▮▮▮▮▮▮ 2.4.1 实战代码：动态数组的实现（实战代码：动态数组的实现）：使用 SmallVector 实现一个可动态增长的数组类
▮▮▮▮▮▮▮▮▮▮▮ 2.4.2 最佳实践：选择合适的初始容量（最佳实践：选择合适的初始容量）：避免不必要的内存分配和拷贝
▮▮▮▮▮▮▮ 2.5 类型安全与异常处理（类型安全与异常处理）：SmallVector 的类型安全性，异常安全编程实践
▮▮▮▮ 3. chapter 3： SmallVector 进阶：深入原理与高级特性（SmallVector 进阶：深入原理与高级特性）
▮▮▮▮▮▮▮ 3.1 内存分配策略：栈上空间与堆上空间（内存分配策略：栈上空间与堆上空间）：SmallVector 的内存管理机制深度剖析
▮▮▮▮▮▮▮ 3.2 移动语义与性能优化（移动语义与性能优化）：利用移动语义减少拷贝开销，提升性能
▮▮▮▮▮▮▮ 3.3 emplace_back 与 in-place 构造（emplace_back 与 in-place 构造）：高效元素插入方法，避免临时对象产生
▮▮▮▮▮▮▮ 3.4 自定义分配器（Custom Allocator）的应用（自定义分配器（Custom Allocator）的应用）：高级内存管理技巧，定制化内存分配策略
▮▮▮▮▮▮▮ 3.5 与 std::vector 的性能对比评测（与 std::vector 的性能对比评测）：基准测试与性能分析，量化 SmallVector 的优势
▮▮▮▮▮▮▮▮▮▮▮ 3.5.1 benchmark 代码示例（benchmark 代码示例）：使用 Google Benchmark 或其他工具进行性能测试
▮▮▮▮ 4. chapter 4： SmallVector 高级应用与实战案例（SmallVector 高级应用与实战案例）
▮▮▮▮▮▮▮ 4.1 在高性能计算中的应用（在高性能计算中的应用）：利用 SmallVector 优化计算密集型应用
▮▮▮▮▮▮▮ 4.2 在网络编程中的应用（在网络编程中的应用）：高效处理网络数据包，提升网络服务性能
▮▮▮▮▮▮▮ 4.3 在游戏开发中的应用（在游戏开发中的应用）：优化游戏引擎的数据结构，提升帧率
▮▮▮▮▮▮▮ 4.4 与其他 Folly 组件的协同工作（与其他 Folly 组件的协同工作）：例如 FBString, FBVector 等
▮▮▮▮▮▮▮ 4.5 案例分析：开源项目中的 SmallVector 应用（案例分析：开源项目中的 SmallVector 应用）：学习知名开源项目如何使用 SmallVector
▮▮▮▮ 5. chapter 5： SmallVector API 全面解析（SmallVector API 全面解析）
▮▮▮▮▮▮▮ 5.1 构造函数与赋值运算符详解（构造函数与赋值运算符详解）：深入剖析各种构造函数和赋值运算符的参数、返回值和异常
▮▮▮▮▮▮▮ 5.2 容量函数详解（容量函数详解）：size()、capacity()、max_size()、empty()、reserve()、shrink_to_fit()
▮▮▮▮▮▮▮ 5.3 元素访问函数详解（元素访问函数详解）：operator[]、at()、front()、back()、data()
▮▮▮▮▮▮▮ 5.4 修改器函数详解（修改器函数详解）：push_back()、emplace_back()、pop_back()、insert()、emplace()、erase()、clear()、assign()、resize()、swap()
▮▮▮▮▮▮▮ 5.5 迭代器函数详解（迭代器函数详解）：begin()、end()、cbegin()、cend()、rbegin()、rend()、crbegin()、crend()
▮▮▮▮ 6. chapter 6： SmallVector 常见问题与最佳实践（SmallVector 常见问题与最佳实践）
▮▮▮▮▮▮▮ 6.1 常见错误用法与陷阱（常见错误用法与陷阱）：避免 SmallVector 使用中的常见错误
▮▮▮▮▮▮▮ 6.2 性能调优技巧（性能调优技巧）：提升 SmallVector 应用性能的实用技巧
▮▮▮▮▮▮▮ 6.3 与其他容器的选择：std::vector, std::array, std::deque 等（与其他容器的选择：std::vector, std::array, std::deque 等）：根据不同场景选择最合适的容器
▮▮▮▮▮▮▮ 6.4 SmallVector 的未来发展趋势（SmallVector 的未来发展趋势）：展望 SmallVector 的发展方向和潜在改进
▮▮▮▮ 7. chapter 7： 总结与展望（总结与展望）
▮▮▮▮▮▮▮ 7.1 SmallVector 的价值与意义回顾（SmallVector 的价值与意义回顾）
▮▮▮▮▮▮▮ 7.2 持续学习与深入探索 Folly 库（持续学习与深入探索 Folly 库）
1. chapter 1： 走进 Folly SmallVector（走进 Folly SmallVector）
1.1 初识 Folly 与 SmallVector（初识 Folly 与 SmallVector）：Folly 库概览及其在现代 C++ 开发中的作用
在现代 C++ 开发的浩瀚星空中，Folly 库犹如一颗璀璨的明星，以其卓越的性能和丰富的功能，照亮了无数工程师的编程之路。Folly，全称 "Facebook Open-source Library"，是由 Facebook 开源的一套高度模块化的 C++ 库。它并非一个大而全的框架，而是一系列专注于解决实际工程问题的工具和组件的集合。Folly 库的设计哲学是拥抱现代 C++ 标准，追求极致的性能和效率，并提供在标准库之外的实用工具，以应对高性能、高并发场景下的挑战。
Folly 库涵盖了广泛的领域，从基础的数据结构与算法，到并发编程、网络编程、序列化与反序列化，再到时间处理、字符串操作等等，几乎现代 C++ 开发的方方面面都能在 Folly 中找到相应的解决方案。它不仅仅是对标准库的简单扩展，更是在许多方面进行了创新和优化，例如：
① 高性能数据结构：Folly 提供了许多高性能的数据结构，例如 FBVector、FBString、F14ValueMap、F14FastMap 等，它们在特定场景下比标准库容器拥有更出色的性能。
② 强大的并发工具：Folly 提供了丰富的并发编程工具，如 Futures、Promises、Executors 等，使得异步编程和并发控制更加简洁高效。
③ 高效的网络编程库：Folly 包含 Asio 的扩展和封装，以及 Proxygen HTTP 框架，为构建高性能网络应用提供了坚实的基础。
④ 实用的工具函数：Folly 提供了大量的实用工具函数，涵盖字符串处理、时间操作、类型转换、位操作等，极大地提高了开发效率。
在 Folly 众多组件中，SmallVector 凭借其独特的内存管理策略和卓越的性能，在各种应用场景中脱颖而出，成为备受关注的焦点。SmallVector 是一种混合型容器（Hybrid Container），它巧妙地结合了静态数组（Static Array）和动态数组（Dynamic Array）的优点。与 std::vector 总是将元素存储在堆（Heap）上不同，SmallVector 尝试将元素存储在栈（Stack）上的一小块预留空间中，只有当元素数量超过预留空间时，才会退化为在堆上分配内存的动态数组。这种设计使得 SmallVector 在元素数量较小时，能够避免堆内存分配和释放的开销，从而获得更高的性能。
SmallVector 的出现并非要完全替代 std::vector，而是在特定场景下提供一种更优的选择。它尤其适用于以下情况：
⚝ 元素数量通常较小：当你知道容器中存储的元素数量通常在一个较小的范围内时，SmallVector 可以充分发挥其栈上存储的优势，避免堆内存操作的开销。
⚝ 对性能有较高要求：在性能敏感的应用中，例如游戏开发、实时系统、高性能计算等，SmallVector 可以通过减少内存分配和拷贝，显著提升程序性能。
⚝ 内存资源受限：在嵌入式系统或资源受限的环境中，SmallVector 的栈上存储特性可以减少堆内存的使用，降低内存碎片产生的风险。
总而言之，Folly 库是现代 C++ 开发中不可或缺的利器，而 SmallVector 则是 Folly 库中一颗耀眼的明珠。掌握 SmallVector 的原理和用法，能够帮助我们编写出更加高效、可靠的 C++ 程序，并在各种应用场景中游刃有余。在接下来的章节中，我们将深入探索 SmallVector 的奥秘，从基础概念到高级应用，带你领略 SmallVector 的魅力。
1.2 SmallVector 的设计哲学与优势（SmallVector 的设计哲学与优势）：对比 std::vector，解析 SmallVector 在特定场景下的性能优势和适用性
为了更好地理解 SmallVector 的设计哲学和优势，我们首先需要将其与 C++ 标准库中最为常用的动态数组容器 std::vector 进行对比。std::vector 以其灵活性和易用性，成为了 C++ 开发中最受欢迎的容器之一。然而，std::vector 的实现方式在某些场景下也存在一定的局限性，而 SmallVector 正是为了弥补这些局限性而诞生的。
std::vector 的核心设计思想是将元素存储在堆（Heap）上动态分配的内存中。无论 std::vector 存储多少个元素，甚至即使是空的，它都会在堆上分配一块内存来管理这些元素。这种设计保证了 std::vector 可以动态地增长和收缩，适应各种大小的数据集。但是，堆内存的分配和释放相对于栈（Stack）内存操作来说，开销更大。每次在堆上分配内存，都需要操作系统进行内存管理，这涉及到查找空闲内存块、更新内存分配表等操作，而栈内存的分配和释放仅仅是移动栈顶指针，效率非常高。
SmallVector 的设计哲学正是为了利用栈内存的快速分配和释放特性，来优化小规模数据集的处理性能。SmallVector 的核心思想是：在栈上预留一小块固定大小的内存空间，用于存储容器的前几个元素。只有当元素数量超过栈上空间时，才会在堆上动态分配内存，并将栈上的元素拷贝到堆上。 这种混合内存管理策略使得 SmallVector 在处理小规模数据集时，可以完全避免堆内存分配和释放的开销，从而获得接近于静态数组的性能，同时又保留了动态数组的灵活性。
为了更清晰地对比 std::vector 和 SmallVector 的差异，我们可以从以下几个方面进行分析：
① 内存分配位置：
▮▮▮▮⚝ std::vector：始终在堆上分配内存。
▮▮▮▮⚝ SmallVector：优先在栈上分配内存，超出容量时退化到堆上。
② 内存分配开销：
▮▮▮▮⚝ std::vector：堆内存分配和释放开销相对较大。
▮▮▮▮⚝ SmallVector：小规模数据时，栈内存分配和释放开销极小；大规模数据时，堆内存开销与 std::vector 相当。
③ 性能特点：
▮▮▮▮⚝ std::vector：通用性强，适用于各种规模的数据集，但小规模数据性能并非最优。
▮▮▮▮⚝ SmallVector：小规模数据性能极佳，接近静态数组；大规模数据性能与 std::vector 接近。
④ 适用场景：
▮▮▮▮⚝ std::vector：通用动态数组，适用于大多数场景。
▮▮▮▮⚝ SmallVector：元素数量通常较小，对性能有较高要求的场景，例如：
▮▮▮▮▮▮▮▮⚝ 存储函数调用的小型参数列表。
▮▮▮▮▮▮▮▮⚝ 编译器中的小型符号表。
▮▮▮▮▮▮▮▮⚝ 图形渲染中的小型顶点列表。
▮▮▮▮▮▮▮▮⚝ 网络编程中的小型数据包头部。
⑤ 空间占用：
▮▮▮▮⚝ std::vector：始终需要在堆上分配内存，即使容器为空，也可能占用一定的堆内存。
▮▮▮▮⚝ SmallVector：栈上空间是预先分配的，无论是否使用都会占用栈空间；堆上空间只有在需要时才会分配。
总结来说，SmallVector 的优势在于：
▮▮▮▮ⓐ 性能优势：对于小规模数据集，SmallVector 可以显著提升性能，因为它避免了堆内存分配和释放的开销。栈内存操作的速度远快于堆内存操作，尤其是在频繁创建和销毁容器的场景下，性能提升更为明显。
▮▮▮▮ⓑ 内存局部性：栈内存通常在 CPU 缓存中命中率更高，因为栈内存的访问模式往往是连续的，而堆内存的访问模式则可能比较分散。更高的缓存命中率意味着更快的内存访问速度，从而提升程序整体性能。
▮▮▮▮ⓒ 避免堆碎片：频繁的堆内存分配和释放容易导致堆碎片，降低内存利用率，甚至影响程序性能。SmallVector 在小规模数据场景下，可以减少堆内存的使用，从而降低堆碎片产生的风险。
当然，SmallVector 也并非完美无缺。它的栈上空间是固定的，如果预留空间过小，则容易频繁退化到堆上，反而可能降低性能；如果预留空间过大，则会浪费栈内存。因此，选择合适的栈上空间大小是使用 SmallVector 的关键。此外，SmallVector 的适用场景相对有限，主要集中在小规模数据集的处理。对于大规模数据集，std::vector 仍然是更合适的选择。
在实际应用中，我们需要根据具体的场景和需求，权衡 std::vector 和 SmallVector 的优缺点，选择最合适的容器。如果你的应用场景符合 SmallVector 的适用条件，那么它将为你带来显著的性能提升。
1.3 SmallVector 的应用场景分析（SmallVector 的应用场景分析）：从嵌入式系统到高性能服务器，SmallVector 的用武之地
SmallVector 以其独特的性能优势，在各种不同的应用领域都找到了用武之地。从资源受限的嵌入式系统，到追求极致性能的高性能服务器，SmallVector 都能发挥其独特的价值。下面我们将深入分析 SmallVector 在不同场景下的应用，帮助你更好地理解它的适用性和优势。
① 嵌入式系统（Embedded Systems）
嵌入式系统通常具有资源受限的特点，例如内存容量有限、CPU 性能较低等。在这些环境下，内存管理的效率至关重要。std::vector 的堆内存分配方式可能会带来额外的开销，并增加内存碎片产生的风险。而 SmallVector 的栈上存储特性，可以有效地减少堆内存的使用，降低内存分配和释放的开销，并减少内存碎片。
在嵌入式系统中，SmallVector 可以应用于以下场景：
⚝ 小型数据缓冲区：例如，在传感器数据采集、通信协议处理等场景中，经常需要使用小型的数据缓冲区来暂存数据。SmallVector 可以作为高效的数据缓冲区容器，避免频繁的堆内存操作。
⚝ 配置参数存储：嵌入式设备的配置参数通常数量较少，且在程序运行期间很少变化。使用 SmallVector 存储配置参数，可以减少堆内存的使用，提高配置参数的访问速度。
⚝ 临时数据结构：在某些算法或任务处理过程中，可能需要创建一些临时的、小规模的数据结构。SmallVector 可以作为这些临时数据结构的容器，快速创建和销毁，而无需担心堆内存开销。
② 高性能计算（High-Performance Computing, HPC）
高性能计算领域对程序性能有着极致的追求。在计算密集型应用中，任何细微的性能提升都可能带来巨大的效益。SmallVector 通过减少内存分配和拷贝，可以显著提升程序性能，尤其是在处理小规模数据集时。
在高性能计算中，SmallVector 可以应用于以下场景：
⚝ 小型向量和矩阵：在数值计算、线性代数等领域，经常需要处理小型向量和矩阵。SmallVector 可以作为这些小型向量和矩阵的底层存储容器，提高计算效率。
⚝ 临时计算结果存储：在复杂的计算过程中，可能会产生大量的临时计算结果。使用 SmallVector 存储这些临时结果，可以减少内存分配和释放的开销，加速计算过程。
⚝ 算法优化：在某些算法中，例如排序、搜索等，可以使用 SmallVector 来优化数据结构，提高算法执行效率。
③ 网络编程（Network Programming）
网络编程对数据处理速度和效率有着很高的要求。在网络服务器中，需要快速处理大量的网络数据包。SmallVector 可以高效地处理网络数据包，提升网络服务性能。
在网络编程中，SmallVector 可以应用于以下场景：
⚝ 网络数据包头部存储：网络数据包的头部通常较小，且结构固定。使用 SmallVector 存储数据包头部，可以快速访问和处理头部信息，提高网络数据包的处理速度。
⚝ 小型消息队列：在某些轻量级的网络服务中，可以使用小型消息队列来缓冲网络数据。SmallVector 可以作为高效的消息队列容器，提高消息的入队和出队速度。
⚝ 临时数据缓存：在网络数据处理过程中，可能需要临时缓存一些数据。SmallVector 可以作为临时数据缓存容器，快速存储和访问数据。
④ 游戏开发（Game Development）
游戏开发对性能和帧率有着极高的要求。游戏引擎需要处理大量的游戏对象、场景数据、用户输入等。SmallVector 可以优化游戏引擎的数据结构，提升游戏帧率，改善游戏体验。
在游戏开发中，SmallVector 可以应用于以下场景：
⚝ 游戏对象组件存储：游戏对象通常由多个组件构成，例如位置组件、渲染组件、物理组件等。使用 SmallVector 存储游戏对象的组件列表，可以快速访问和管理组件。
⚝ 场景图节点存储：游戏场景通常使用场景图来组织和管理游戏对象。SmallVector 可以作为场景图节点的子节点容器，提高场景图的遍历和渲染效率。
⚝ 用户输入事件队列：游戏需要快速响应用户的输入事件。使用 SmallVector 作为用户输入事件队列，可以高效地处理用户输入，保证游戏的流畅性。
⑤ 其他应用场景
除了以上列举的场景，SmallVector 还可以应用于其他许多领域，例如：
⚝ 编译器开发：编译器可以使用 SmallVector 存储小型符号表、临时数据结构等，提高编译速度。
⚝ 数据库系统：数据库系统可以使用 SmallVector 存储小型查询结果集、临时数据缓存等，提高查询效率。
⚝ 音视频处理：音视频处理软件可以使用 SmallVector 存储小型音频帧、视频帧等，提高处理速度。
总而言之，SmallVector 的应用场景非常广泛，只要涉及到小规模数据集的处理，并且对性能有一定要求，SmallVector 都有可能成为一个有力的工具。在实际应用中，我们需要根据具体的场景和需求，评估 SmallVector 的适用性，并进行性能测试，以确定是否能够带来预期的性能提升。
1.4 环境搭建与快速上手（环境搭建与快速上手）：如何引入 Folly 库，编写你的第一个 SmallVector 程序
要开始使用 Folly 库中的 SmallVector，首先需要搭建开发环境并引入 Folly 库。由于 Folly 库依赖于一些第三方库和工具，环境搭建过程可能相对复杂。但是，一旦环境搭建完成，就可以轻松地使用 Folly 提供的各种强大功能。
① 环境准备
在开始之前，你需要确保你的系统满足以下基本条件：
⚝ 操作系统：Folly 库主要在 Linux 和 macOS 系统上进行开发和测试，Windows 系统也部分支持，但可能需要额外的配置。
⚝ C++ 编译器：Folly 库需要支持 C++14 标准的编译器，推荐使用 GCC 5.0 或更高版本，或者 Clang 3.4 或更高版本。
⚝ CMake：Folly 库使用 CMake 进行构建管理，你需要安装 CMake 3.0 或更高版本。
⚝ Python：Folly 库的构建脚本使用 Python 2.7 或更高版本。
⚝ 其他依赖库：Folly 库依赖于一些第三方库，例如 Boost、glog、gflags、Double-conversion、Libevent、OpenSSL、zlib、LZ4、Snappy 等。具体的依赖库版本和安装方式，可以参考 Folly 官方文档。
② 获取 Folly 库
你可以从 GitHub 上克隆 Folly 库的源代码：
1
git clone https://github.com/facebook/folly.git
2
cd folly
③ 构建 Folly 库
在 folly 目录下，创建一个 build 目录，并使用 CMake 进行配置和构建：
1
mkdir build
2
cd build
3
cmake ..
4
make -j$(nproc) # 使用多核编译加速
5
sudo make install # 可选，将 folly 安装到系统目录
在构建过程中，CMake 会自动检测你的系统环境，并下载和安装 Folly 库的依赖项。如果你的系统已经安装了某些依赖库，CMake 可能会直接使用系统已安装的版本。
④ 编写你的第一个 SmallVector 程序
环境搭建完成后，就可以开始编写你的第一个 SmallVector 程序了。创建一个名为 small_vector_example.cpp 的文件，并输入以下代码：
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
// 创建一个 SmallVector，栈上容量为 4，元素类型为 int
6
folly::SmallVector<int, 4> sv;
7
8
// 向 SmallVector 中添加元素
9
sv.push_back(10);
10
sv.push_back(20);
11
sv.push_back(30);
12
sv.push_back(40);
13
sv.push_back(50); // 超过栈上容量，将分配堆内存
14
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// 遍历 SmallVector 并打印元素
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std::cout << "SmallVector elements: ";
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for (int i = 0; i < sv.size(); ++i) {
18
std::cout << sv[i] << " ";
19
}
20
std::cout << std::endl;
21
22
// 打印 SmallVector 的容量和大小
23
std::cout << "Capacity: " << sv.capacity() << std::endl;
24
std::cout << "Size: " << sv.size() << std::endl;
25
26
return 0;
27
}
⑤ 编译和运行程序
使用 g++ 编译器编译 small_vector_example.cpp 文件，并链接 Folly 库：
1
g++ small_vector_example.cpp -o small_vector_example -lfolly
2
./small_vector_example
如果一切顺利，你将看到以下输出：
1
SmallVector elements: 10 20 30 40 50
2
Capacity: 6
3
Size: 5
这个简单的例子演示了如何创建一个 SmallVector 对象，向其中添加元素，遍历元素，并获取容器的容量和大小。
⑥ 代码解析
⚝ #include <folly/container/SmallVector.h>： 引入 SmallVector 的头文件。
⚝ folly::SmallVector<int, 4> sv;： 创建一个 SmallVector 对象 sv。模板参数 int 指定元素类型为 int，模板参数 4 指定栈上预留容量为 4。
⚝ sv.push_back(element);： 使用 push_back() 方法向 SmallVector 尾部添加元素。
⚝ sv.size()： 返回 SmallVector 中元素的数量。
⚝ sv.capacity()： 返回 SmallVector 的容量，即容器可以容纳的最大元素数量，而无需重新分配内存。
⚝ sv[i]： 使用下标运算符 [] 访问 SmallVector 中的元素。
通过这个简单的例子，你已经成功地搭建了 Folly 开发环境，并编写了你的第一个 SmallVector 程序。在接下来的章节中，我们将深入学习 SmallVector 的各种功能和用法，探索其更高级的应用场景。
END_OF_CHAPTER
2. chapter 2： SmallVector 基础：核心概念与用法（SmallVector Basics: Core Concepts and Usage）
2.1 模板参数详解：Capacity 与 Size（Template Parameter Details: Capacity and Size）
Folly::SmallVector 是一个非常有用的容器，它旨在结合 std::array 和 std::vector 的优点。为了充分理解 SmallVector 的特性和用法，我们首先需要深入了解其模板参数，特别是 Capacity (容量) 和 Size (大小) 这两个核心概念。
SmallVector 的模板声明通常如下所示：
1
template <typename T, size_t N, typename Allocator = std::allocator<T>>
2
class SmallVector;
这里，我们看到 SmallVector 接受三个模板参数：
① typename T: 这是存储在 SmallVector 中的元素类型。与 std::vector 类似，T 可以是任何可复制或可移动的类型，例如 int、float、自定义类等。这是容器存储数据的基本单元。
② size_t N: 这是 SmallVector 的静态容量 (static capacity)，也是 SmallVector 最关键的特性之一。N 指定了容器在栈上 (stack) 预留的空间大小，以元素个数为单位。这意味着 SmallVector 会尝试在栈上直接分配最多容纳 N 个 T 类型元素的空间。如果实际存储的元素数量小于等于 N，则所有元素都将存储在栈上，避免了堆内存分配的开销，从而提高了性能。
③ typename Allocator = std::allocator<T>: 这是一个可选的模板参数，用于指定内存分配器。默认情况下，使用 std::allocator<T>，即标准的堆内存分配器。你可以自定义分配器来满足特定的内存管理需求，例如使用池分配器或在特定内存区域分配内存。这为高级用户提供了更大的灵活性。
现在，让我们重点解析 Capacity (容量) 和 Size (大小) 这两个概念，它们是理解 SmallVector 内存布局和性能特性的关键：
⚝ Capacity (容量)：在 SmallVector 的上下文中，Capacity 有两种含义，这取决于是否发生了堆内存分配：
▮▮▮▮⚝ 静态容量 (Static Capacity)：由模板参数 N 决定。这是 SmallVector 在栈上预留的最大元素数量。如果 SmallVector 当前存储的元素数量小于等于 N，那么它的容量就等于 N，所有元素都存储在栈上。
▮▮▮▮⚝ 动态容量 (Dynamic Capacity)：当需要存储超过 N 个元素时，SmallVector 会像 std::vector 一样，在堆 (heap) 上动态分配内存。此时，动态容量指的是堆上分配的内存可以容纳的元素数量。动态容量通常会大于或等于实际存储的元素数量，以便在后续插入元素时减少内存重新分配的次数。
⚝ Size (大小)：Size 指的是 SmallVector 当前实际存储的元素数量。Size 总是小于等于 Capacity。你可以通过 size() 成员函数获取 SmallVector 的大小。
为了更形象地理解 Capacity 和 Size 的关系，我们可以将 SmallVector 比作一个带有预留座位的容器：
⚝ 静态容量 N 就像是容器预先设置好的座位数量，这些座位是固定存在的，无论是否有人坐。
⚝ Size 就像是当前容器中实际坐了多少人。
内存布局：
当 SmallVector 存储的元素数量小于等于静态容量 N 时，其内存布局大致如下：
1
[ 栈上预留空间 (大小为 N * sizeof(T)) ]
2
[ 元素 1 ]
3
[ 元素 2 ]
4
[ ... ]
5
[ 元素 size() ]
6
[ ... ] (剩余预留空间，未被使用)
所有元素都存储在栈上预留的空间中，访问速度非常快。
当 SmallVector 存储的元素数量超过静态容量 N 时，会发生堆内存分配，其内存布局会变为：
1
[ 栈上小对象 (包含指向堆内存的指针、size、capacity 等信息) ]
2
[ ... ] (栈上其他数据)
3
[ 堆上分配的内存块 (大小动态增长) ]
4
[ 元素 1 ]
5
[ 元素 2 ]
6
[ ... ]
7
[ 元素 size() ]
8
[ ... ] (堆上剩余空间)
此时，SmallVector 对象本身（元数据）仍然在栈上，但元素数据存储在堆上动态分配的内存中，这与 std::vector 的内存布局类似。
动态增长：
当向 SmallVector 中添加元素，且当前 Size 达到 Capacity 时，如果 Capacity 仍然是静态容量 N，则 SmallVector 会执行以下操作以实现动态增长：
① 在堆上分配一块更大的内存空间，通常是当前 Size 的倍数（例如，2倍）。
② 将栈上存储的元素拷贝或移动到堆上新分配的内存中。
③ 更新 SmallVector 的内部指针，使其指向堆上新分配的内存。
④ 后续的元素将存储在堆上。
这个动态增长的过程与 std::vector 的 resize() 或 reserve() 操作类似，涉及到内存分配和元素拷贝/移动的开销。因此，合理选择静态容量 N 非常重要，可以尽量避免或减少堆内存分配和动态增长的发生，从而提升性能。
总结：
理解 SmallVector 的模板参数 N 以及 Capacity 和 Size 的概念是使用好 SmallVector 的基础。静态容量 N 决定了栈上预留空间的大小，直接影响 SmallVector 在小数据场景下的性能优势。而动态增长机制则保证了 SmallVector 也能像 std::vector 一样处理大数据量的场景。在实际应用中，我们需要根据预期的元素数量和性能需求，合理选择 N 的值，以充分发挥 SmallVector 的优势。
2.2 构造、析构与赋值：对象的生命周期管理（Construction, Destruction and Assignment: Object Lifecycle Management）
SmallVector 作为 C++ 中的类，其对象的生命周期管理遵循 C++ 的 RAII (Resource Acquisition Is Initialization) 原则。理解 SmallVector 的构造、析构和赋值行为对于正确使用和避免资源泄漏至关重要。本节将详细解析 SmallVector 的各种构造函数、析构函数以及赋值运算符，并深入探讨拷贝和移动语义在 SmallVector 中的应用。
构造函数 (Constructors)：
SmallVector 提供了多种构造函数，以满足不同的初始化需求：
① 默认构造函数 (Default Constructor)：
1
SmallVector<int, 4> sv1; // 静态容量为 4 的 SmallVector，初始大小为 0
默认构造函数创建一个空的 SmallVector 对象，其大小 (size) 为 0，静态容量 (static capacity) 由模板参数 N 决定（本例中为 4）。此时，SmallVector 内部可能尚未分配任何内存，或者仅仅是在栈上预留了空间。
② 填充构造函数 (Fill Constructor)：
1
SmallVector<int, 4> sv2(3, 10); // 初始化包含 3 个值为 10 的元素的 SmallVector
填充构造函数接受两个参数：元素数量和初始值。它会创建包含指定数量、且所有元素都被初始化为给定值的 SmallVector。如果元素数量小于等于静态容量 N，则元素存储在栈上；否则，会发生堆内存分配。
③ 范围构造函数 (Range Constructor)：
1
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
2
SmallVector<int, 4> sv3(vec.begin(), vec.end()); // 使用迭代器范围初始化
范围构造函数接受一对迭代器，表示一个元素范围。它会将该范围内的元素拷贝到新的 SmallVector 中。这使得可以使用其他容器（如 std::vector、std::array 等）或数组来初始化 SmallVector。
④ 拷贝构造函数 (Copy Constructor)：
1
SmallVector<int, 4> sv4 = sv3; // 拷贝构造，sv4 是 sv3 的副本
2
SmallVector<int, 4> sv5(sv3); // 显式拷贝构造
拷贝构造函数创建一个新的 SmallVector 对象，它是现有 SmallVector 对象（本例中为 sv3）的深拷贝 (deep copy)。这意味着，如果 sv3 的元素存储在栈上，sv4 和 sv5 也会在栈上分配空间并拷贝元素；如果 sv3 的元素存储在堆上，sv4 和 sv5 会在堆上分配新的内存，并将 sv3 堆上的元素拷贝到新的内存中。拷贝构造保证了新对象与原对象在内容上完全独立。
⑤ 移动构造函数 (Move Constructor)：
1
SmallVector<int, 4> sv6 = std::move(sv3); // 移动构造，sv6 “接管” sv3 的资源
2
SmallVector<int, 4> sv7(std::move(sv3)); // 显式移动构造
移动构造函数创建一个新的 SmallVector 对象，它通过移动 (move) 而不是拷贝现有 SmallVector 对象（本例中为 sv3）的资源来初始化。移动构造通常用于提高性能，特别是当源对象是右值 (rvalue) 或即将被销毁时。对于 SmallVector 而言，移动构造主要涉及转移堆内存的所有权（如果存在堆内存分配），以及拷贝栈上的元数据（如 size、capacity 等）。移动构造后，源对象 sv3 将处于有效但未指定 (valid but unspecified) 的状态，通常其大小会变为 0。
⑥ 初始化列表构造函数 (Initializer List Constructor)：
1
SmallVector<int, 4> sv8 = {1, 2, 3}; // 使用初始化列表初始化
2
SmallVector<int, 4> sv9{1, 2, 3}; // 统一初始化
初始化列表构造函数允许使用花括号 {} 包围的初始化列表来创建 SmallVector 对象。这是一种简洁直观的初始化方式，尤其适用于初始化少量元素。
析构函数 (Destructor)：
SmallVector 的析构函数负责释放对象所占用的资源。其行为取决于 SmallVector 是否在堆上分配了内存：
⚝ 如果元素存储在栈上：析构函数主要负责销毁栈上存储的元素对象（如果元素是类对象且有析构函数）。由于栈内存由系统自动管理，因此不需要显式释放栈内存。
⚝ 如果元素存储在堆上：析构函数除了销毁元素对象外，还需要释放之前在堆上动态分配的内存。这通常通过调用分配器的 deallocate 函数来完成，以避免内存泄漏。
无论哪种情况，SmallVector 的析构函数都会确保所有元素被正确销毁，并且所有动态分配的内存都被释放，遵循 RAII 原则。
赋值运算符 (Assignment Operators)：
SmallVector 提供了拷贝赋值运算符和移动赋值运算符，用于将一个 SmallVector 对象的值赋给另一个已存在的 SmallVector 对象。
① 拷贝赋值运算符 (Copy Assignment Operator)：
1
SmallVector<int, 4> sv10;
2
sv10 = sv8; // 拷贝赋值，sv10 变为 sv8 的副本
拷贝赋值运算符将右侧 SmallVector 对象（本例中为 sv8）的内容拷贝到左侧 SmallVector 对象（本例中为 sv10）。在赋值之前，sv10 原有的元素会被销毁，并释放其占用的内存（如果需要）。然后，根据 sv8 的内存布局，sv10 会在栈上或堆上分配新的内存，并将 sv8 的元素拷贝到新的内存中。与拷贝构造函数类似，拷贝赋值运算符也执行深拷贝。
② 移动赋值运算符 (Move Assignment Operator)：
1
SmallVector<int, 4> sv11;
2
sv11 = std::move(sv8); // 移动赋值，sv11 “接管” sv8 的资源
移动赋值运算符将右侧 SmallVector 对象（本例中为 sv8）的资源移动到左侧 SmallVector 对象（本例中为 sv11）。与移动构造函数类似，移动赋值运算符主要涉及转移堆内存的所有权（如果存在堆内存分配），以及拷贝栈上的元数据。在赋值之前，sv11 原有的元素会被销毁，并释放其占用的内存（如果需要）。移动赋值通常比拷贝赋值更高效，因为它避免了元素的拷贝操作。移动赋值后，源对象 sv8 将处于有效但未指定的状态。
总结：
SmallVector 提供了丰富的构造函数和赋值运算符，支持默认构造、填充初始化、范围初始化、拷贝和移动语义以及初始化列表。理解这些构造和赋值操作的行为，特别是拷贝和移动语义的区别，对于编写高效且资源管理正确的 C++ 代码至关重要。析构函数则负责在 SmallVector 对象生命周期结束时，释放其占用的资源，确保内存安全。在实际编程中，应根据具体需求选择合适的构造和赋值方式，以优化性能并避免不必要的资源开销。
2.3 元素访问与迭代器（Element Access and Iterators）
访问 SmallVector 中的元素以及遍历容器是使用 SmallVector 的基本操作。SmallVector 提供了多种方式来访问和操作容器内的元素，包括直接访问、边界检查访问以及迭代器访问。本节将详细介绍 SmallVector 提供的元素访问方法和迭代器，并演示它们的使用方式。
元素访问 (Element Access)：
SmallVector 提供了以下成员函数来直接访问容器中的元素：
① operator[]：下标运算符，提供无边界检查 (no bounds checking) 的元素访问。
1
SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
2
int firstElement = sv[0]; // 访问第一个元素，firstElement = 10
3
sv[1] = 25; // 修改第二个元素的值，sv 变为 {10, 25, 30}
operator[] 允许使用下标索引来访问 SmallVector 中的元素，类似于访问数组。重要提示：operator[] 不进行边界检查。如果访问的索引超出有效范围（即小于 0 或大于等于 size()），则行为是未定义的 (undefined behavior)，可能导致程序崩溃或产生不可预测的结果。因此，在使用 operator[] 时，务必确保索引的有效性。
② at(size_type pos)：提供有边界检查 (bounds checking) 的元素访问。
1
SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
2
int secondElement = sv.at(1); // 访问第二个元素，secondElement = 20
3
4
try {
5
int element = sv.at(3); // 尝试访问索引为 3 的元素（超出范围）
6
} catch (const std::out_of_range& e) {
7
std::cerr << "Out of range access: " << e.what() << std::endl; // 捕获异常
8
}
at() 成员函数也用于访问指定索引位置的元素，但与 operator[] 不同的是，at() 会进行边界检查。如果访问的索引 pos 超出有效范围（即 pos >= size()），at() 会抛出一个 std::out_of_range 异常。这使得 at() 更加安全，尤其是在不确定索引是否有效的情况下。使用 try-catch 块可以捕获并处理越界访问异常。
③ front()：访问第一个元素。
1
SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
2
int first = sv.front(); // 访问第一个元素，first = 10
front() 成员函数返回 SmallVector 中第一个元素的引用 (reference)。前提条件：SmallVector 必须非空 (not empty)，即 size() > 0。如果对空 SmallVector 调用 front()，行为是未定义的。
④ back()：访问最后一个元素。
1
SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
2
int last = sv.back(); // 访问最后一个元素，last = 30
back() 成员函数返回 SmallVector 中最后一个元素的引用。前提条件：SmallVector 必须非空。如果对空 SmallVector 调用 back()，行为是未定义的。
迭代器 (Iterators)：
迭代器是 C++ 中用于遍历容器元素的通用机制。SmallVector 提供了多种迭代器类型，以支持不同方向和访问方式的遍历。
① begin() 和 end()：返回指向容器首元素和尾元素之后位置的迭代器 (iterator)。
⚝ begin() 返回指向 SmallVector 第一个元素的迭代器。
⚝ end() 返回指向 SmallVector 尾元素之后位置的迭代器，即past-the-end iterator。它不指向任何实际元素，而是作为遍历结束的标志。
1
SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
2
for (auto it = sv.begin(); it != sv.end(); ++it) {
3
std::cout << *it << " "; // 输出：10 20 30
4
}
5
std::cout << std::endl;
上述代码使用 begin() 和 end() 返回的迭代器遍历 SmallVector 中的所有元素。auto it = sv.begin() 初始化迭代器 it 指向第一个元素，it != sv.end() 判断是否到达容器末尾，++it 将迭代器移动到下一个元素，*it 解引用迭代器以访问当前元素的值。
② cbegin() 和 cend()：返回指向容器首元素和尾元素之后位置的常量迭代器 (const_iterator)。
cbegin() 和 cend() 与 begin() 和 end() 类似，但它们返回的是常量迭代器。常量迭代器只能用于读取元素，而不能修改元素的值。这在需要只读访问容器元素时非常有用。
1
SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
2
for (auto it = sv.cbegin(); it != sv.cend(); ++it) {
3
std::cout << *it << " "; // 输出：10 20 30 (只读访问)
4
// *it = 40; // 错误：常量迭代器不能修改元素
5
}
6
std::cout << std::endl;
③ rbegin() 和 rend()：返回指向容器尾元素和首元素之前位置的反向迭代器 (reverse_iterator)。
⚝ rbegin() 返回指向 SmallVector 最后一个元素的反向迭代器。
⚝ rend() 返回指向 SmallVector 首元素之前位置的反向迭代器，作为反向遍历结束的标志。
1
SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
2
for (auto rit = sv.rbegin(); rit != sv.rend(); ++rit) {
3
std::cout << *rit << " "; // 输出：30 20 10 (反向遍历)
4
}
5
std::cout << std::endl;
上述代码使用 rbegin() 和 rend() 返回的反向迭代器反向遍历 SmallVector 中的元素。
④ crbegin() 和 crend()：返回指向容器尾元素和首元素之前位置的常量反向迭代器 (const_reverse_iterator)。
crbegin() 和 crend() 与 rbegin() 和 rend() 类似，但它们返回的是常量反向迭代器，用于只读反向遍历。
迭代器失效 (Iterator Invalidation)：
在使用迭代器时，需要注意迭代器失效的问题。某些容器操作可能会导致迭代器失效，即迭代器不再指向有效的元素位置。对于 SmallVector 而言，以下操作可能会导致迭代器失效：
⚝ 插入元素 (insert, emplace_back, push_back 等)：如果在静态容量范围内插入元素，栈上元素的迭代器通常不会失效。但如果插入元素导致堆内存分配或重新分配，则所有迭代器都可能失效。
⚝ 删除元素 (erase, pop_back, clear 等)：删除元素会导致被删除元素之后的所有元素的迭代器失效。
⚝ 调整大小 (resize, reserve, shrink_to_fit 等)：调整容器大小可能会导致内存重新分配，从而使所有迭代器失效。
因此，在进行容器操作后，如果之前获取的迭代器可能受到影响，应重新获取迭代器，以确保迭代器的有效性。
总结：
SmallVector 提供了多种灵活的元素访问方式，包括 operator[]、at()、front()、back() 以及各种迭代器。operator[] 提供快速的无边界检查访问，at() 提供安全的有边界检查访问，front() 和 back() 访问首尾元素，而迭代器则支持各种遍历方式。在选择元素访问方式时，需要根据具体场景权衡性能和安全性。同时，要时刻注意迭代器失效的问题，避免因使用失效迭代器而导致程序错误。熟练掌握这些元素访问和迭代器方法，可以有效地操作和遍历 SmallVector 中的数据。
2.4 容量管理与元素操作（Capacity Management and Element Operations）
SmallVector 提供了丰富的成员函数来管理容器的容量和操作容器中的元素。这些函数使得我们可以动态地调整 SmallVector 的大小、预留空间、添加、删除和修改元素。本节将详细介绍 SmallVector 的容量管理和元素操作相关的常用 API。
容量管理 (Capacity Management)：
以下成员函数用于查询和管理 SmallVector 的容量：
① size()：返回 SmallVector 中当前元素的数量，即 Size (大小)。
1
SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
2
size_t currentSize = sv.size(); // currentSize = 3
size() 函数返回一个 size_t 类型的值，表示 SmallVector 当前存储的元素个数。
② capacity()：返回 SmallVector 的容量，即在不重新分配内存的情况下可以容纳的最大元素数量，即 Capacity (容量)。
1
SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
2
size_t currentCapacity = sv.capacity(); // currentCapacity >= 3, 可能是 4 或更大
capacity() 函数返回一个 size_t 类型的值，表示 SmallVector 当前分配的内存空间可以容纳的元素个数。对于静态容量 N 的 SmallVector，在未发生堆分配前，capacity() 通常等于 N。当发生堆分配后，capacity() 可能大于 N，并且会随着动态增长而变化。
③ empty()：检查 SmallVector 是否为空，即 size() 是否为 0。
1
SmallVector<int, 4> sv1;
2
bool isEmpty1 = sv1.empty(); // isEmpty1 = true
3
4
SmallVector<int, 4> sv2 = {10, 20};
5
bool isEmpty2 = sv2.empty(); // isEmpty2 = false
empty() 函数返回一个 bool 值，如果 SmallVector 为空（不包含任何元素），则返回 true，否则返回 false。
④ reserve(size_type n)：预留至少能容纳 n 个元素的空间。
1
SmallVector<int, 4> sv;
2
sv.reserve(10); // 预留至少能容纳 10 个元素的空间
3
size_t reservedCapacity = sv.capacity(); // reservedCapacity >= 10
reserve(n) 函数用于预先分配至少能容纳 n 个元素的内存空间。如果 n 大于当前 capacity()，reserve() 会分配新的内存空间，并将现有元素移动到新的内存中。如果 n 小于或等于当前 capacity()，reserve() 可能不做任何操作。reserve() 不会改变 size()，它只影响 capacity()，用于提前分配内存，以避免后续插入元素时频繁的内存重新分配，从而提高性能。
⑤ shrink_to_fit()：尝试释放多余的容量，将容量调整为与大小匹配。
1
SmallVector<int, 4> sv;
2
sv.reserve(100); // 预留 100 个元素的空间
3
sv.push_back(1);
4
sv.push_back(2);
5
sv.shrink_to_fit(); // 尝试释放多余容量
6
size_t currentCapacity = sv.capacity(); // currentCapacity 可能接近 2
shrink_to_fit() 函数尝试释放 SmallVector 中多余的容量，将 capacity() 减小到与 size() 匹配或接近的水平。但需要注意的是，shrink_to_fit() 只是一个请求 (request)，具体的实现可能并不保证一定能释放内存，或者释放多少内存取决于具体的分配器实现。shrink_to_fit() 主要用于在确定不再需要大量额外空间时，减少内存占用。
元素操作 (Element Operations)：
以下成员函数用于添加、删除和修改 SmallVector 中的元素：
① push_back(const T& value) 和 push_back(T&& value)：在 SmallVector 的末尾添加一个元素。
1
SmallVector<int, 4> sv;
2
sv.push_back(10); // 添加元素 10
3
sv.push_back(20); // 添加元素 20
push_back() 有两个重载版本，分别接受左值引用和右值引用。它在 SmallVector 的末尾添加一个新元素。如果当前 size() 达到 capacity()，且容量是静态容量 N，则可能触发堆内存分配和动态增长。
② emplace_back(Args&&... args)：在 SmallVector 的末尾就地构造 (in-place construct) 一个元素。
1
SmallVector<std::pair<int, std::string>, 4> sv_pairs;
2
sv_pairs.emplace_back(1, "apple"); // 就地构造一个 pair<int, string> 对象
emplace_back() 与 push_back() 类似，也在末尾添加元素，但 emplace_back() 接受可变参数，用于直接在容器内部构造元素对象，而不是先创建临时对象再拷贝或移动。这可以避免不必要的拷贝或移动操作，尤其对于构造复杂对象时，emplace_back() 通常更高效。
③ pop_back()：移除 SmallVector 的最后一个元素。
1
SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
2
sv.pop_back(); // 移除最后一个元素，sv 变为 {10, 20}
pop_back() 函数移除 SmallVector 的最后一个元素，size() 减 1。前提条件：SmallVector 必须非空。
④ insert(iterator pos, const T& value) 和 insert(iterator pos, T&& value)：在指定位置 pos 插入一个元素。
1
SmallVector<int, 4> sv = {10, 30};
2
auto it = sv.begin() + 1; // 指向第二个元素的位置
3
sv.insert(it, 20); // 在第二个元素位置插入 20，sv 变为 {10, 20, 30}
insert() 函数在迭代器 pos 指向的位置之前插入一个新元素。插入位置之后的所有元素需要向后移动。insert() 也有左值引用和右值引用两个重载版本。插入元素可能导致内存重新分配和迭代器失效。
⑤ erase(iterator pos) 和 erase(iterator first, iterator last)：移除指定位置或范围的元素。
1
SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30, 40};
2
auto it1 = sv.begin() + 1;
3
sv.erase(it1); // 移除第二个元素 (20)，sv 变为 {10, 30, 40}
4
5
auto it2 = sv.begin() + 1;
6
auto it3 = sv.begin() + 3;
7
sv.erase(it2, it3); // 移除范围 [it2, it3) 的元素 (30)，sv 变为 {10, 40}
erase() 函数可以移除迭代器 pos 指向的单个元素，或者移除迭代器范围 [first, last) 内的元素。移除元素后，后续元素需要向前移动。erase() 操作可能导致迭代器失效。
⑥ clear()：移除 SmallVector 中的所有元素，使其变为空容器。
1
SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
2
sv.clear(); // 移除所有元素，sv 变为空容器，size() = 0
clear() 函数移除 SmallVector 中的所有元素，但不会释放已分配的内存空间，capacity() 保持不变。
总结：
SmallVector 提供了丰富的容量管理和元素操作 API，包括查询大小和容量、预留空间、释放多余容量、添加元素（push_back, emplace_back）、删除元素（pop_back, erase, clear）以及插入元素（insert）。熟练掌握这些 API，可以灵活地控制 SmallVector 的内存使用和元素内容。在实际应用中，合理使用 reserve() 预留空间可以减少动态增长的开销，shrink_to_fit() 可以减少内存占用，emplace_back() 可以提高元素构造效率，而 erase() 和 clear() 则用于元素的删除和容器的清空。
2.4.1 实战代码：动态数组的实现（Practical Code: Implementation of Dynamic Array）
为了更好地理解 SmallVector 的应用，并演示如何使用其容量管理和元素操作 API，我们来实现一个简单的动态数组 (Dynamic Array) 类，名为 DynamicArray，其内部使用 Folly::SmallVector 作为底层存储。DynamicArray 类将提供类似于 std::vector 的基本功能，例如添加元素、访问元素、获取大小等。
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <stdexcept> // for std::out_of_range
3
#include <iostream> // for std::cout
4
5
template <typename T, size_t N>
6
class DynamicArray {
7
private:
8
folly::SmallVector<T, N> data_; // 使用 SmallVector 作为底层存储
9
10
public:
11
DynamicArray() = default; // 默认构造函数
12
13
// 添加元素到末尾
14
void push_back(const T& value) {
15
data_.push_back(value);
16
}
17
18
void push_back(T&& value) {
19
data_.push_back(std::move(value));
20
}
21
22
// 获取元素数量
23
size_t size() const {
24
return data_.size();
25
}
26
27
// 检查是否为空
28
bool empty() const {
29
return data_.empty();
30
}
31
32
// 访问元素 (无边界检查)
33
T& operator[](size_t index) {
34
return data_[index];
35
}
36
37
const T& operator[](size_t index) const {
38
return data_[index];
39
}
40
41
// 访问元素 (有边界检查)
42
T& at(size_t index) {
43
return data_.at(index);
44
}
45
46
const T& at(size_t index) const {
47
return data_.at(index);
48
}
49
50
// 清空数组
51
void clear() {
52
data_.clear();
53
}
54
};
55
56
int main() {
57
// 创建一个静态容量为 4 的 DynamicArray<int, 4> 对象
58
DynamicArray<int, 4> arr;
59
60
// 添加元素
61
arr.push_back(10);
62
arr.push_back(20);
63
arr.push_back(30);
64
arr.push_back(40);
65
arr.push_back(50); // 超过静态容量，会发生堆分配
66
67
// 访问元素
68
std::cout << "Size: " << arr.size() << std::endl; // 输出 Size: 5
69
std::cout << "Element at index 2: " << arr[2] << std::endl; // 输出 Element at index 2: 30
70
std::cout << "Element at index 4: " << arr.at(4) << std::endl; // 输出 Element at index 4: 50
71
72
// 遍历元素
73
std::cout << "Elements: ";
74
for (size_t i = 0; i < arr.size(); ++i) {
75
std::cout << arr[i] << " "; // 输出 Elements: 10 20 30 40 50
76
}
77
std::cout << std::endl;
78
79
// 清空数组
80
arr.clear();
81
std::cout << "Size after clear: " << arr.size() << std::endl; // 输出 Size after clear: 0
82
std::cout << "Is empty: " << (arr.empty() ? "Yes" : "No") << std::endl; // 输出 Is empty: Yes
83
84
return 0;
85
}
代码解析：
① 模板参数：DynamicArray 类也使用了模板，接受两个参数：typename T 表示元素类型，size_t N 表示 SmallVector 的静态容量。
② 底层存储：DynamicArray 的私有成员 data_ 是一个 folly::SmallVector<T, N> 对象，用于实际存储元素。
③ 公共接口：DynamicArray 提供了 push_back()、size()、empty()、operator[]、at() 和 clear() 等公共成员函数，这些函数直接委托 (delegate) 调用 data_ 对象的相应成员函数。例如，DynamicArray::push_back() 内部直接调用 data_.push_back()。
④ 边界检查：DynamicArray 同时提供了无边界检查的 operator[] 和有边界检查的 at() 两种元素访问方式，与 SmallVector 保持一致。
⑤ main() 函数示例：main() 函数演示了 DynamicArray 的基本用法，包括创建对象、添加元素、访问元素、遍历元素和清空数组。可以看到，DynamicArray 的使用方式与 std::vector 非常相似，但底层使用了 SmallVector，从而可能在小数据场景下获得性能优势。
总结：
通过实现 DynamicArray 类，我们展示了如何使用 SmallVector 作为底层容器来构建自定义的数据结构。DynamicArray 类封装了 SmallVector 的基本功能，并提供了类似于 std::vector 的接口。这个实战代码示例帮助我们更好地理解 SmallVector 的应用，以及如何利用其容量管理和元素操作 API 来实现动态数组的功能。在实际项目中，可以根据具体需求，基于 SmallVector 构建更复杂、更高效的数据结构。
2.4.2 最佳实践：选择合适的初始容量（Best Practice: Choosing the Right Initial Capacity）
SmallVector 的一个关键特性是其静态容量 N，它决定了在栈上预留的空间大小。合理选择 N 的值对于充分发挥 SmallVector 的性能优势至关重要。如果 N 选择得当，可以最大限度地利用栈内存，避免堆内存分配，从而提高性能。反之，如果 N 选择不当，可能会导致栈空间浪费或频繁的堆内存分配，降低性能。本节将探讨如何根据不同的应用场景，选择合适的 SmallVector 静态容量 N，并提供一些最佳实践建议。
影响因素：
选择合适的静态容量 N 需要考虑以下几个关键因素：
① 预期的元素数量：这是最主要的考虑因素。你需要预估 (estimate) SmallVector 在大多数情况下需要存储的元素数量范围。如果你的应用场景中，SmallVector 经常存储少量元素（例如，几个到几十个），那么设置一个较小的 N 值（例如，4、8、16、32）可能就足够了，这样可以充分利用栈内存的优势。如果元素数量波动较大，或者经常需要存储大量元素，那么可能需要权衡栈内存的使用和堆内存分配的开销。
② 栈内存限制：栈内存通常比堆内存小，且栈空间是有限的。过大的静态容量 N 会占用较多的栈空间，可能导致栈溢出 (stack overflow) 的风险，尤其是在递归调用或多线程环境下。因此，需要根据目标平台的栈内存大小限制，合理设置 N 的上限。通常，对于嵌入式系统或资源受限的环境，更需要谨慎控制栈内存的使用。
③ 元素类型的大小：元素类型 T 的大小也会影响栈内存的占用。如果 T 是一个较大的对象（例如，包含大量成员变量的类对象），那么即使 N 值较小，总的栈内存占用也可能比较大。反之，如果 T 是基本类型（如 int、float）或小型对象，则可以适当增大 N 值。
④ 性能需求：SmallVector 的主要优势在于小数据场景下的性能。如果你的应用对性能要求非常高，尤其是在元素数量较少的情况下，那么应该尽量选择合适的 N 值，以避免堆内存分配，最大化性能提升。如果性能不是首要考虑因素，或者主要处理大数据量，那么 N 的选择可以相对宽松一些。
最佳实践建议：
基于以上影响因素，以下是一些选择 SmallVector 静态容量 N 的最佳实践建议：
① 经验法则：对于大多数通用场景，可以考虑将 N 设置为 8、16 或 32。这些值通常能在栈内存占用和性能提升之间取得较好的平衡。例如，如果你的 SmallVector 主要用于存储少量配置参数、临时数据或小型数据结构，这些值通常是合适的。
② 基于统计分析：如果你的应用场景比较明确，可以进行统计分析 (statistical analysis)，收集 SmallVector 实际存储元素数量的分布情况。例如，可以记录 SmallVector 的 size() 值的最大值、平均值、中位数等统计指标。根据这些统计数据，选择一个略大于平均值或中位数的 N 值，可以在大多数情况下避免堆内存分配，同时又不会过度占用栈空间。
③ 动态调整策略：在某些情况下，静态容量 N 可能无法满足所有场景的需求。可以考虑使用动态调整策略 (dynamic adjustment strategy)。例如，可以根据运行时的实际情况，动态地选择不同的 SmallVector 类型，或者在必要时切换到 std::vector。但这会增加代码的复杂性，需要权衡利弊。
④ 基准测试：对于性能敏感的应用，基准测试 (benchmark) 是必不可少的。可以针对不同的 N 值进行性能测试，例如使用 Google Benchmark 等工具，测量不同 N 值下的性能表现（例如，插入、访问、遍历等操作的耗时）。通过基准测试，可以找到在特定场景下性能最优的 N 值。
⑤ 考虑元素类型：在选择 N 值时，务必考虑元素类型 T 的大小。如果 sizeof(T) 较大，则应适当减小 N 值，以控制栈内存占用。反之，如果 sizeof(T) 较小，则可以适当增大 N 值。
示例：
假设你正在开发一个网络服务器，需要处理客户端请求。每个请求可能包含少量参数，例如请求类型、请求 ID、时间戳等，这些参数可以存储在一个 SmallVector<std::string, N> 中。
⚝ 如果你预估大多数请求的参数数量在 5 个以内，可以将 N 设置为 8 或 16。
⚝ 如果你发现某些请求的参数数量可能会超过 32 个，但这种情况比较少见，可以考虑将 N 设置为 32，并在代码中处理超过静态容量的情况（例如，记录日志或使用 std::vector 替代）。
⚝ 如果你对性能要求非常高，可以进行基准测试，比较 N 为 8、16、32 等不同值时的请求处理速度，选择性能最优的 N 值。
总结：
选择合适的 SmallVector 静态容量 N 是一个需要权衡的过程，没有一个通用的最佳值，最佳的 N 值取决于具体的应用场景、预期的元素数量、栈内存限制、元素类型大小和性能需求等因素。通过合理的预估、统计分析、基准测试和动态调整策略，可以找到最适合特定场景的 N 值，充分发挥 SmallVector 的性能优势，并避免潜在的栈溢出风险。记住，没有银弹 (no silver bullet)，最佳实践是根据实际情况进行权衡和选择。
2.5 类型安全与异常处理（Type Safety and Exception Handling）
SmallVector 作为 C++ 模板库的一部分，继承了 C++ 的类型安全 (type safety) 和异常处理 (exception handling) 机制。理解 SmallVector 的类型安全特性以及异常安全编程实践，有助于编写健壮、可靠的 C++ 代码。本节将探讨 SmallVector 的类型安全性，以及在使用 SmallVector 时如何进行异常处理，以确保程序的正确性和稳定性。
类型安全 (Type Safety)：
SmallVector 的类型安全性主要体现在以下几个方面：
① 模板参数化：SmallVector 是一个模板类，通过模板参数 typename T 指定存储的元素类型。这意味着在编译时，SmallVector 只能存储指定类型的元素。如果尝试将其他类型的元素添加到 SmallVector 中，编译器会报错，从而在编译阶段就避免了类型错误。
1
SmallVector<int, 4> sv_int;
2
sv_int.push_back(10); // 正确：添加 int 类型元素
3
// sv_int.push_back("hello"); // 编译错误：类型不匹配，不能添加 string 类型元素
4
5
SmallVector<std::string, 4> sv_str;
6
sv_str.push_back("world"); // 正确：添加 string 类型元素
② 强类型接口：SmallVector 的成员函数，例如 push_back()、insert()、assign() 等，都要求传入的参数类型与 SmallVector 存储的元素类型 T 兼容。这进一步增强了类型安全性，避免了因类型不匹配导致的运行时错误。
③ 迭代器类型：SmallVector 的迭代器也是类型安全的。例如，SmallVector<int, 4>::iterator 只能用于遍历 SmallVector<int, 4> 类型的容器，并且解引用迭代器会得到 int& 类型的引用。这保证了迭代器操作的类型安全性。
④ 编译时检查：C++ 编译器会在编译时进行严格的类型检查，包括模板类型推导、函数参数类型匹配、迭代器类型检查等。这使得大部分类型错误可以在编译阶段被发现，而不是等到运行时才暴露出来，从而提高了代码的可靠性。
异常处理 (Exception Handling)：
SmallVector 的设计考虑了异常安全，其大部分操作都提供了较强的异常安全保证。异常安全是指在程序发生异常时，程序仍然能够保持在一种有效 (valid) 的状态，不会发生资源泄漏或数据损坏。C++ 中通常将异常安全分为三个级别：
⚝ 不提供异常安全保证 (No exception safety)：如果操作抛出异常，程序状态可能处于未知或不一致的状态，可能导致资源泄漏或数据损坏。
⚝ 基本异常安全保证 (Basic exception safety)：如果操作抛出异常，程序状态不会损坏，所有对象仍然处于有效状态，不会发生资源泄漏。但程序状态可能与操作开始前不同。
⚝ 强异常安全保证 (Strong exception safety)：如果操作抛出异常，程序状态保持不变，就像操作从未发生过一样。如果操作成功完成，则保证操作的完整性。
SmallVector 的大部分操作都提供了基本异常安全保证，部分操作甚至提供了强异常安全保证。以下是一些常见的 SmallVector 操作的异常安全级别：
① 构造函数：SmallVector 的拷贝构造函数和移动构造函数通常提供强异常安全保证。如果构造过程中抛出异常，源对象的状态保持不变。
② 赋值运算符：SmallVector 的拷贝赋值运算符和移动赋值运算符通常提供基本异常安全保证。如果赋值过程中抛出异常，目标对象可能处于有效但未指定的状态，但不会发生资源泄漏。
③ push_back() 和 emplace_back()：这两个函数在插入元素时，如果需要动态分配内存，可能会抛出 std::bad_alloc 异常（内存分配失败）。它们通常提供基本异常安全保证。如果抛出异常，SmallVector 的状态仍然有效，但新元素可能没有被成功插入。
④ insert() 和 emplace()：与 push_back() 和 emplace_back() 类似，insert() 和 emplace() 在插入元素时也可能抛出 std::bad_alloc 异常。它们通常也提供基本异常安全保证。
⑤ erase() 和 pop_back()：这两个函数通常不会抛出异常，除非元素类型的拷贝/移动构造函数或析构函数抛出异常（如果元素是类对象）。在元素操作本身层面，它们是异常安全的。
⑥ at()：at() 函数在索引越界时会抛出 std::out_of_range 异常。这是一种逻辑错误 (logic error) 导致的异常，用于指示程序错误使用了 at() 函数。
⑦ reserve() 和 shrink_to_fit()：reserve() 在内存分配失败时可能抛出 std::bad_alloc 异常。shrink_to_fit() 通常不会抛出异常。
异常处理实践：
在使用 SmallVector 进行异常处理时，可以遵循以下实践：
① 使用 at() 进行边界检查：当你需要访问 SmallVector 中的元素，并且不确定索引是否有效时，应该使用 at() 函数，而不是 operator[]。at() 会进行边界检查，并在越界时抛出 std::out_of_range 异常，你可以使用 try-catch 块捕获并处理这个异常。
1
SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
2
try {
3
int element = sv.at(5); // 索引越界，抛出 std::out_of_range 异常
4
} catch (const std::out_of_range& e) {
5
std::cerr << "Index out of range: " << e.what() << std::endl;
6
// 处理越界异常的逻辑
7
}
② 处理内存分配异常：当使用 push_back()、emplace_back()、insert()、emplace() 或 reserve() 等可能导致内存分配的操作时，应该考虑捕获 std::bad_alloc 异常，并进行适当的处理，例如释放已分配的资源、记录错误日志、或者优雅地终止程序。
1
SmallVector<int, 4> sv;
2
try {
3
for (int i = 0; i < 1000000; ++i) {
4
sv.push_back(i); // 可能抛出 std::bad_alloc 异常
5
}
6
} catch (const std::bad_alloc& e) {
7
std::cerr << "Memory allocation failed: " << e.what() << std::endl;
8
// 处理内存分配失败的逻辑
9
}
③ RAII 和异常安全资源管理：利用 RAII (Resource Acquisition Is Initialization) 原则，将资源封装在类中，并在类的构造函数中获取资源，析构函数中释放资源。这样可以确保在发生异常时，资源能够被正确释放，避免资源泄漏。SmallVector 本身就是一个 RAII 容器，它在析构函数中负责释放其管理的内存。
④ 避免在析构函数中抛出异常：C++ 规范建议不要在析构函数中抛出异常。如果析构函数中可能发生错误，应该在析构函数外部进行处理，或者设计成在析构函数中忽略错误。
总结：
SmallVector 提供了良好的类型安全性和基本异常安全保证。类型安全特性通过模板参数化和强类型接口在编译时避免类型错误。异常安全保证确保在发生异常时，程序状态仍然有效，不会发生资源泄漏。在使用 SmallVector 时，应该遵循异常处理的最佳实践，例如使用 at() 进行边界检查、处理内存分配异常、利用 RAII 进行资源管理等，以编写健壮、可靠的 C++ 代码。理解 SmallVector 的类型安全和异常处理特性，可以帮助开发者更好地利用 SmallVector，并避免潜在的错误和风险。
END_OF_CHAPTER
3. chapter 3： SmallVector 进阶：深入原理与高级特性（SmallVector Advanced: In-depth Principles and Advanced Features）
3.1 内存分配策略：栈上空间与堆上空间（Memory Allocation Strategy: Stack Space and Heap Space）：SmallVector 的内存管理机制深度剖析
SmallVector 最核心的特性之一，也是它区别于 std::vector 等动态数组容器的关键所在，就是其独特的内存分配策略。理解 SmallVector 的内存管理机制，是深入掌握其性能优势和适用场景的基础。本节将深入剖析 SmallVector 如何巧妙地利用栈上空间和堆上空间，实现高效的内存管理。
知识框架：
① 栈上空间（Stack Space）：
▮▮▮▮ⓑ 概念：栈是一种后进先出（LIFO, Last-In-First-Out）的数据结构，由编译器自动管理，用于存储函数调用时的局部变量、函数参数、返回地址等。栈内存的分配和释放速度非常快，效率高。
▮▮▮▮ⓒ 特点：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 自动管理：由编译器自动分配和释放，无需手动干预。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 快速分配与释放：栈操作速度极快，效率高。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 大小限制：栈空间通常有限，容易发生栈溢出（Stack Overflow）错误。
▮▮▮▮ⓖ SmallVector 的栈上使用：SmallVector 利用模板参数 N 指定的固定大小的栈上数组 buf_ 来存储元素。当元素数量小于等于 N 时，所有元素都存储在栈上，避免了堆内存分配的开销。
② 堆上空间（Heap Space）：
▮▮▮▮ⓑ 概念：堆是用于动态内存分配的区域，由程序员手动管理。使用 new 或 malloc 等操作在堆上分配内存，使用 delete 或 free 等操作释放内存。
▮▮▮▮ⓒ 特点：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ 手动管理：需要程序员显式地分配和释放内存，容易出现内存泄漏（Memory Leak）和悬 dangling 指针等问题。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ 灵活分配：堆空间较大，可以动态分配任意大小的内存。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ 分配与释放速度相对较慢：堆操作涉及复杂的内存管理算法，速度比栈操作慢。
▮▮▮▮ⓖ SmallVector 的堆上使用：当 SmallVector 存储的元素数量超过栈上空间 N 的限制时，它会像 std::vector 一样，在堆上动态分配内存来存储元素。
③ SmallVector 的内存管理机制：
▮▮▮▮ⓑ 混合策略：SmallVector 采用栈上空间优先，堆上空间备用的混合内存分配策略。
▮▮▮▮ⓒ 阈值 N：模板参数 N 是一个关键的阈值。当元素数量小于等于 N 时，使用栈上 buf_；当元素数量超过 N 时，动态分配堆内存。
▮▮▮▮ⓓ 动态扩容：当栈上空间不足且需要继续添加元素时，SmallVector 会自动将数据迁移到堆上，并进行动态扩容，类似于 std::vector 的扩容机制。
▮▮▮▮ⓔ 内存释放：当 SmallVector 对象销毁时，如果数据存储在堆上，则会释放堆内存；如果数据存储在栈上，则栈内存由编译器自动释放。
实战代码：
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
// 容量为 4 的 SmallVector
6
folly::SmallVector<int, 4> sv;
7
8
std::cout << "Initial capacity: " << sv.capacity() << std::endl; // 输出 4，栈上容量
9
10
// 添加 4 个元素，仍在栈上
11
for (int i = 0; i < 4; ++i) {
12
sv.push_back(i);
13
std::cout << "Size after push_back(" << i << "): " << sv.size() << ", capacity: " << sv.capacity() << std::endl;
14
}
15
std::cout << "Capacity after adding 4 elements: " << sv.capacity() << std::endl; // 仍然输出 4
16
17
// 添加第 5 个元素，触发堆内存分配
18
sv.push_back(4);
19
std::cout << "Size after push_back(4): " << sv.size() << ", capacity: " << sv.capacity() << std::endl; // capacity 变为大于 4 的值，例如 6，堆上容量
20
21
return 0;
22
}
代码解析：
⚝ folly::SmallVector<int, 4> sv;：声明一个 SmallVector，其栈上容量 N 为 4，元素类型为 int。
⚝ 初始 capacity() 为 4，表明初始状态下，SmallVector 使用栈上空间。
⚝ 前 4 次 push_back() 操作，size() 增加，但 capacity() 保持不变，说明元素存储在栈上。
⚝ 第 5 次 push_back(4) 操作后，capacity() 显著增加，表明触发了堆内存分配，SmallVector 将数据迁移到了堆上，并进行了扩容。
高级应用：
⚝ 性能优化：对于已知元素数量通常较小且不超过栈上容量 N 的场景，使用 SmallVector 可以显著减少堆内存分配和释放的开销，提高程序性能，尤其是在对性能要求极高的场景，如嵌入式系统、实时系统、游戏开发等。
⚝ 减少内存碎片：由于栈内存的分配和释放是连续的，使用栈上空间可以减少堆内存碎片，提高内存利用率。
⚝ 避免堆分配失败：在内存资源受限的环境下，栈内存分配的成功率通常高于堆内存，使用 SmallVector 可以降低因堆分配失败而导致程序崩溃的风险。
API 全面解析：
⚝ SmallVector<T, N>：模板类，T 是元素类型，N 是栈上容量。
⚝ capacity()：返回当前 SmallVector 的容量。当数据存储在栈上时，返回栈上容量 N；当数据存储在堆上时，返回堆上已分配的容量。
⚝ size()：返回当前 SmallVector 中元素的数量。
总结：
SmallVector 的内存分配策略是其核心优势所在。通过巧妙地结合栈上空间和堆上空间，SmallVector 在保证动态数组功能的同时，尽可能地利用栈内存的快速分配和释放特性，从而在特定场景下实现更高的性能。理解 SmallVector 的内存管理机制，有助于我们更好地选择合适的容器，并充分发挥 SmallVector 的优势。
3.2 移动语义与性能优化（Move Semantics and Performance Optimization）：利用移动语义减少拷贝开销，提升性能
移动语义（Move Semantics）是 C++11 引入的一项重要特性，旨在减少不必要的对象拷贝，从而提升程序性能。SmallVector 作为现代 C++ 容器，自然也充分利用了移动语义。本节将深入探讨 SmallVector 如何借助移动语义进行性能优化，以及如何在实际开发中应用这些技巧。
知识框架：
① 拷贝语义（Copy Semantics）的开销：
▮▮▮▮ⓑ 深拷贝与浅拷贝：对于包含动态分配内存的类（如 std::vector, std::string），拷贝操作通常需要进行深拷贝，即复制对象的所有数据，包括动态分配的内存。深拷贝开销较大。
▮▮▮▮ⓒ 不必要的拷贝：在很多情况下，对象的拷贝是不必要的，例如函数返回临时对象、对象赋值等。传统的拷贝语义会导致额外的性能开销。
② 移动语义（Move Semantics）的核心思想：
▮▮▮▮ⓑ 资源转移：移动语义的核心思想是将资源（如动态分配的内存）的所有权从一个对象转移到另一个对象，而不是进行深拷贝。
▮▮▮▮ⓒ 右值引用（Rvalue Reference）：移动语义的实现依赖于右值引用 &&。右值引用可以绑定到临时对象或即将销毁的对象（右值），从而可以安全地“窃取”其资源。
▮▮▮▮ⓓ 移动构造函数（Move Constructor）与移动赋值运算符（Move Assignment Operator）：类需要定义移动构造函数和移动赋值运算符来实现移动语义。移动操作通常只需要进行浅拷贝，并将源对象的资源置为空或有效可析构状态。
③ SmallVector 与移动语义：
▮▮▮▮ⓑ 高效元素操作：SmallVector 的 push_back(), emplace_back(), insert(), assign() 等修改容器内容的操作，都充分利用了移动语义。当插入或赋值的元素是右值时，会优先调用移动构造函数或移动赋值运算符，避免不必要的拷贝。
▮▮▮▮ⓒ 容器移动：SmallVector 自身也支持移动构造和移动赋值。移动 SmallVector 对象时，只会转移内部的指针和容量等信息，而不会复制元素数据，大幅提升移动效率。
▮▮▮▮ⓓ 返回值优化（Return Value Optimization, RVO）与移动语义的协同：编译器通常会进行返回值优化，直接在接收端构造返回值对象，结合移动语义，可以进一步减少拷贝开销。
实战代码：
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
class MyString {
5
public:
6
MyString(const char* str = "") {
7
std::cout << "Constructor called for: " << str << std::endl;
8
size_ = std::strlen(str);
9
data_ = new char[size_ + 1];
10
std::strcpy(data_, str);
11
}
12
MyString(const MyString& other) {
13
std::cout << "Copy constructor called for: " << other.data_ << std::endl;
14
size_ = other.size_;
15
data_ = new char[size_ + 1];
16
std::strcpy(data_, other.data_);
17
}
18
MyString(MyString&& other) noexcept {
19
std::cout << "Move constructor called for: " << other.data_ << std::endl;
20
size_ = other.size_;
21
data_ = other.data_;
22
other.data_ = nullptr; // 源对象置为有效可析构状态
23
other.size_ = 0;
24
}
25
~MyString() {
26
std::cout << "Destructor called for: ";
27
if (data_) {
28
std::cout << data_ << std::endl;
29
delete[] data_;
30
} else {
31
std::cout << "(moved-from)" << std::endl;
32
}
33
}
34
35
private:
36
char* data_;
37
size_t size_;
38
};
39
40
MyString getString() {
41
return MyString("Hello, SmallVector!"); // 返回临时对象，触发移动语义
42
}
43
44
int main() {
45
folly::SmallVector<MyString, 2> sv;
46
47
std::cout << "Pushing back a copy:" << std::endl;
48
MyString str1("String 1");
49
sv.push_back(str1); // 插入左值，调用拷贝构造函数
50
51
std::cout << "\nPushing back a move:" << std::endl;
52
sv.push_back(MyString("String 2")); // 插入右值，调用移动构造函数
53
54
std::cout << "\nPushing back a temporary object (getString()):" << std::endl;
55
sv.push_back(getString()); // 插入临时对象，调用移动构造函数 (RVO 可能发生)
56
57
std::cout << "\nEmplacing back:" << std::endl;
58
sv.emplace_back("String 3"); // 原位构造，避免拷贝和移动
59
60
return 0;
61
}
代码解析：
⚝ MyString 类：自定义的字符串类，带有拷贝构造函数、移动构造函数和析构函数，用于观察拷贝和移动行为。
⚝ getString() 函数：返回一个 MyString 临时对象（右值）。
⚝ sv.push_back(str1);：插入左值 str1，调用 MyString 的拷贝构造函数。
⚝ sv.push_back(MyString("String 2"));：插入右值 MyString("String 2")，调用 MyString 的移动构造函数。
⚝ sv.push_back(getString());：插入 getString() 返回的临时对象，调用 MyString 的移动构造函数（编译器可能进行 RVO，直接在 SmallVector 内部构造对象，进一步优化）。
⚝ sv.emplace_back("String 3");：使用 emplace_back() 原位构造 MyString 对象，避免了任何拷贝或移动操作。
高级应用：
⚝ 处理大型对象：当 SmallVector 存储的对象体积较大，拷贝开销显著时，移动语义的优势更加明显。例如，存储大型矩阵、图像数据等。
⚝ 函数返回值优化：在函数返回 SmallVector 对象时，利用移动语义可以避免昂贵的容器拷贝，提高函数调用的效率。
⚝ 算法优化：在使用 STL 算法（如 std::sort, std::transform）操作 SmallVector 时，移动语义可以减少元素交换和移动的开销。
API 全面解析：
⚝ push_back(const T& value)：插入元素，如果 value 是左值，则调用拷贝构造函数；如果 value 是右值，则调用移动构造函数。
⚝ push_back(T&& value)：强制移动插入元素，即使 value 是左值，也会尝试移动构造（需要 std::move 显式转换）。
⚝ emplace_back(Args&&... args)：原位构造元素，避免拷贝和移动。
⚝ insert(iterator pos, const T& value) / insert(iterator pos, T&& value) / emplace(iterator pos, Args&&... args)：插入元素到指定位置，同样支持拷贝、移动和原位构造。
⚝ assign(std::initializer_list<T> il) / assign(InputIterator first, InputIterator last) / assign(size_type count, const T& value) / assign(size_type count, T&& value)：赋值操作，支持移动语义。
总结：
移动语义是现代 C++ 性能优化的重要手段。SmallVector 通过充分利用移动语义，在元素插入、容器移动等操作中，有效地减少了不必要的拷贝开销，提升了程序性能。在实际开发中，我们应该养成使用移动语义的习惯，例如尽可能使用右值、使用 std::move 显式移动、使用 emplace_back 等原位构造方法，以充分发挥 SmallVector 的性能优势。
3.3 emplace_back 与 in-place 构造（emplace_back and In-place Construction）：高效元素插入方法，避免临时对象产生
emplace_back() 是 C++11 引入的容器成员函数，与 push_back() 类似，用于在容器尾部添加元素。但 emplace_back() 的独特之处在于它支持 in-place 构造（原位构造），可以直接在容器内部构造元素，避免了临时对象的产生，从而在某些情况下能够提供更高的性能。本节将深入解析 emplace_back() 的工作原理、优势以及在 SmallVector 中的应用。
知识框架：
① 临时对象的产生与开销：
▮▮▮▮ⓑ 临时对象的生命周期：临时对象通常在表达式结束后立即销毁。
▮▮▮▮ⓒ 拷贝与移动开销：使用 push_back() 插入元素时，通常需要先构造一个临时对象，然后将该临时对象拷贝或移动到容器内部。对于复杂对象，临时对象的构造、拷贝/移动和析构都会带来额外的开销。
② in-place 构造（原位构造）的概念：
▮▮▮▮ⓑ 直接在容器内存中构造：in-place 构造是指直接在容器预留的内存空间中构造对象，避免了先创建临时对象再拷贝/移动到容器内部的过程。
▮▮▮▮ⓒ 减少对象生命周期管理开销：由于避免了临时对象的产生，也减少了临时对象的构造和析构开销。
③ emplace_back() 的工作原理：
▮▮▮▮ⓑ 可变参数模板（Variadic Templates）：emplace_back() 使用可变参数模板，可以接受任意数量和类型的参数。
▮▮▮▮ⓒ 完美转发（Perfect Forwarding）：emplace_back() 使用完美转发将接收到的参数转发给元素类型的构造函数，在容器内部直接构造元素。
▮▮▮▮ⓓ 避免临时对象：通过 in-place 构造和完美转发，emplace_back() 避免了先创建临时对象再拷贝/移动到容器内部的过程。
④ emplace_back() 在 SmallVector 中的应用：
▮▮▮▮ⓑ 高效插入复杂对象：当 SmallVector 存储的对象类型构造复杂，或者拷贝/移动开销较大时，使用 emplace_back() 可以显著提升插入性能。
▮▮▮▮ⓒ 减少内存分配次数：在某些情况下，in-place 构造可以减少内存分配的次数，例如在 SmallVector 栈上空间充足时，emplace_back() 可以直接在栈上构造对象，避免堆内存分配。
实战代码：
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
class MyObject {
5
public:
6
MyObject(int a, double b, const std::string& c) : a_(a), b_(b), c_(c) {
7
std::cout << "Constructor called for MyObject(" << a << ", " << b << ", " << c << ")" << std::endl;
8
}
9
MyObject(const MyObject& other) : a_(other.a_), b_(other.b_), c_(other.c_) {
10
std::cout << "Copy constructor called for MyObject(" << a_ << ", " << b_ << ", " << c_ << ")" << std::endl;
11
}
12
MyObject(MyObject&& other) noexcept : a_(other.a_), b_(other.b_), c_(std::move(other.c_)) {
13
std::cout << "Move constructor called for MyObject(" << a_ << ", " << b_ << ", " << c_ << ")" << std::endl;
14
}
15
~MyObject() {
16
std::cout << "Destructor called for MyObject(" << a_ << ", " << b_ << ", " << c_ << ")" << std::endl;
17
}
18
19
private:
20
int a_;
21
double b_;
22
std::string c_;
23
};
24
25
int main() {
26
folly::SmallVector<MyObject, 2> sv;
27
28
std::cout << "Using push_back:" << std::endl;
29
sv.push_back(MyObject(1, 2.0, "push_back")); // 先构造临时对象，再移动到 SmallVector
30
31
std::cout << "\nUsing emplace_back:" << std::endl;
32
sv.emplace_back(2, 3.0, "emplace_back"); // 直接在 SmallVector 内部构造对象
33
34
return 0;
35
}
代码解析：
⚝ MyObject 类：自定义的类，构造函数、拷贝构造函数、移动构造函数和析构函数都带有输出信息，用于观察对象的构造和析构过程。
⚝ sv.push_back(MyObject(1, 2.0, "push_back"));：使用 push_back() 插入元素，先在外部构造一个 MyObject 临时对象，然后将该临时对象移动到 SmallVector 内部。可以看到输出了 "Constructor", "Move constructor", "Destructor" 三个信息。
⚝ sv.emplace_back(2, 3.0, "emplace_back");：使用 emplace_back() 插入元素，直接在 SmallVector 内部使用提供的参数 (2, 3.0, "emplace_back") 构造 MyObject 对象。可以看到只输出了 "Constructor" 和最终的 "Destructor" 信息，没有拷贝或移动构造函数的调用，表明避免了临时对象的产生。
高级应用：
⚝ 性能敏感场景：在对性能要求极高的场景，如游戏开发、高性能计算等，emplace_back() 可以作为一种重要的性能优化手段。
⚝ 避免不必要的拷贝：当元素类型的拷贝构造函数开销较大时，或者拷贝操作不必要时，应优先使用 emplace_back()。
⚝ 构造复杂对象：对于构造函数参数较多的复杂对象，emplace_back() 可以使代码更简洁，避免手动创建临时对象。
API 全面解析：
⚝ emplace_back(Args&&... args)：在 SmallVector 尾部原位构造一个元素。Args&&... args 是可变参数，会被完美转发给元素类型的构造函数。返回值类型为 reference，指向新插入的元素。
总结：
emplace_back() 通过 in-place 构造和完美转发技术，提供了一种高效的元素插入方法，可以避免临时对象的产生，减少不必要的拷贝和移动开销，从而提升程序性能。在 SmallVector 中，emplace_back() 同样适用，尤其是在插入复杂对象或对性能有较高要求的场景下，应优先考虑使用 emplace_back() 来替代 push_back()。
3.4 自定义分配器（Custom Allocator）的应用（Application of Custom Allocator）：高级内存管理技巧，定制化内存分配策略
在 C++ 中，标准库容器（如 std::vector, std::map）允许用户自定义内存分配器（Allocator），以实现更精细的内存管理。SmallVector 同样支持自定义分配器。通过自定义分配器，我们可以根据特定应用场景的需求，定制内存分配策略，例如使用特定的内存池、共享内存、或者进行内存分配的性能监控和调试。本节将深入探讨自定义分配器的概念、实现方法以及在 SmallVector 中的应用。
知识框架：
① 默认分配器（Default Allocator）：
▮▮▮▮ⓑ std::allocator：C++ 标准库提供的默认分配器是 std::allocator。它通常使用 ::operator new 和 ::operator delete 来进行内存的分配和释放。
▮▮▮▮ⓒ 适用场景：std::allocator 适用于大多数通用场景，但在某些特殊场景下可能不是最优选择。
② 自定义分配器的需求：
▮▮▮▮ⓑ 性能优化：在高性能应用中，默认分配器的性能可能成为瓶颈。自定义分配器可以使用更高效的内存池、预分配等策略来提升性能。
▮▮▮▮ⓒ 内存控制：在资源受限的环境下，需要更精细地控制内存分配，例如限制内存使用量、使用特定的内存区域等。
▮▮▮▮ⓓ 内存监控与调试：自定义分配器可以方便地添加内存分配的监控和调试功能，例如记录内存分配日志、检测内存泄漏等。
▮▮▮▮ⓔ 特殊内存区域：例如使用共享内存、持久化内存等特殊内存区域。
③ 自定义分配器的实现：
▮▮▮▮ⓑ Allocator 概念：C++ 标准库对 Allocator 有一套严格的接口要求。自定义分配器需要满足这些接口要求，才能与标准库容器兼容。
▮▮▮▮ⓒ 必须提供的类型和成员函数：
▮▮▮▮▮▮▮▮❹ value_type：分配器分配的内存存储的对象类型。
▮▮▮▮▮▮▮▮❺ pointer, const_pointer, reference, const_reference：指针和引用的类型定义。
▮▮▮▮▮▮▮▮❻ allocate(size_t n)：分配 n 个 value_type 对象所需的内存。
▮▮▮▮▮▮▮▮❼ deallocate(pointer p, size_t n)：释放之前分配的 n 个 value_type 对象的内存。
▮▮▮▮▮▮▮▮❽ construct(pointer p, const T& value) / construct(pointer p, T&& value)：在已分配的内存 p 上构造对象。
▮▮▮▮▮▮▮▮❾ destroy(pointer p)：销毁 p 指向的对象。
▮▮▮▮ⓙ 可选提供的类型和成员函数：例如 max_size(), address(), operator==, operator!= 等。
▮▮▮▮ⓚ 状态与有状态分配器/无状态分配器：分配器可以是有状态的或无状态的。无状态分配器可以自由复制，有状态分配器则需要考虑状态的拷贝和共享。
④ SmallVector 与自定义分配器：
▮▮▮▮ⓑ 模板参数：SmallVector 的模板定义允许指定自定义分配器类型：folly::SmallVector<T, N, Allocator>，其中 Allocator 就是自定义分配器类型。
▮▮▮▮ⓒ 使用方法：在声明 SmallVector 对象时，可以传入自定义分配器实例。SmallVector 的内存分配和释放操作将委托给自定义分配器。
实战代码：
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
#include <memory>
4
5
// 自定义分配器示例：简单的计数分配器
6
template <typename T>
7
class CountingAllocator {
8
public:
9
using value_type = T;
10
CountingAllocator() noexcept : allocated_count_(0), deallocated_count_(0) {}
11
template <typename U> CountingAllocator(const CountingAllocator<U>&) noexcept : allocated_count_(0), deallocated_count_(0) {} // 允许从其他类型的 CountingAllocator 转换
12
13
T* allocate(std::size_t n) {
14
std::cout << "Allocating " << n * sizeof(T) << " bytes" << std::endl;
15
allocated_count_++;
16
return static_cast<T*>(std::malloc(n * sizeof(T)));
17
}
18
void deallocate(T* p, std::size_t n) noexcept {
19
std::cout << "Deallocating " << n * sizeof(T) << " bytes" << std::endl;
20
deallocated_count_++;
21
std::free(p);
22
}
23
24
template <typename U, typename... Args>
25
void construct(U* p, Args&&... args) {
26
std::cout << "Constructing object at " << p << std::endl;
27
::new (static_cast<void*>(p)) U(std::forward<Args>(args)...);
28
}
29
30
void destroy(T* p) noexcept {
31
std::cout << "Destroying object at " << p << std::endl;
32
p->~T();
33
}
34
35
int getAllocatedCount() const { return allocated_count_; }
36
int getDeallocatedCount() const { return deallocated_count_; }
37
38
private:
39
int allocated_count_;
40
int deallocated_count_;
41
};
42
43
template <typename T, typename U>
44
bool operator==(const CountingAllocator<T>&, const CountingAllocator<U>&) { return true; } // 无状态分配器，始终相等
45
template <typename T, typename U>
46
bool operator!=(const CountingAllocator<T>&, const CountingAllocator<U>&) { return false; }
47
48
int main() {
49
CountingAllocator<int> allocator;
50
folly::SmallVector<int, 2, CountingAllocator<int>> sv(allocator);
51
52
sv.push_back(1);
53
sv.push_back(2);
54
sv.push_back(3); // 触发堆内存分配
55
56
std::cout << "Allocated count: " << allocator.getAllocatedCount() << std::endl;
57
std::cout << "Deallocated count: " << allocator.getDeallocatedCount() << std::endl;
58
59
return 0;
60
}
代码解析：
⚝ CountingAllocator 类：自定义的计数分配器，用于统计内存分配和释放的次数，并在分配和释放内存时输出信息。
⚝ allocate(size_t n)：使用 std::malloc 分配内存，并增加分配计数。
⚝ deallocate(T* p, size_t n)：使用 std::free 释放内存，并增加释放计数。
⚝ construct(U* p, Args&&... args)：使用 placement new 在已分配的内存上构造对象。
⚝ destroy(T* p)：显式调用对象的析构函数。
⚝ operator== 和 operator!=：对于无状态分配器，通常返回 true 和 false。
⚝ folly::SmallVector<int, 2, CountingAllocator<int>> sv(allocator);：声明 SmallVector 时，指定使用 CountingAllocator<int> 作为分配器类型，并传入分配器实例 allocator。
高级应用：
⚝ 内存池分配器：使用预先分配好的内存池来管理内存，减少动态内存分配的开销，提高性能。
⚝ 共享内存分配器：在多进程环境中，使用共享内存分配器可以让多个进程共享 SmallVector 容器的数据。
⚝ 调试分配器：用于内存泄漏检测、内存越界访问检测等调试目的。
⚝ 定制化内存策略：例如，根据对象的大小选择不同的内存分配策略，或者使用 NUMA 感知的内存分配器。
API 全面解析：
⚝ folly::SmallVector<T, N, Allocator = std::allocator<T>>：SmallVector 模板类的定义，第三个模板参数 Allocator 用于指定分配器类型，默认为 std::allocator<T>。
⚝ 构造函数：SmallVector 的构造函数可以接受一个分配器实例作为参数，用于指定容器使用的分配器。
⚝ get_allocator()：返回容器当前使用的分配器实例。
总结：
自定义分配器是 C++ 中高级内存管理的重要技术。SmallVector 支持自定义分配器，为用户提供了更大的灵活性和控制权，可以根据具体的应用场景定制内存分配策略，实现性能优化、内存控制、监控调试等目标。掌握自定义分配器的使用方法，可以帮助我们更好地管理内存资源，构建更高效、更可靠的 C++ 程序。
3.5 与 std::vector 的性能对比评测（Performance Comparison with std::vector）：基准测试与性能分析，量化 SmallVector 的优势
SmallVector 的设计目标之一就是在特定场景下提供优于 std::vector 的性能。本节将通过基准测试（Benchmark）的方法，对比 SmallVector 和 std::vector 在不同操作下的性能差异，量化 SmallVector 的性能优势，并分析其背后的原因。
知识框架：
① 性能评测的重要性：
▮▮▮▮ⓑ 选择合适的容器：性能评测可以帮助我们了解不同容器的性能特点，从而根据实际应用场景选择最合适的容器。
▮▮▮▮ⓒ 优化代码性能：通过性能评测，可以发现代码中的性能瓶颈，并针对性地进行优化。
▮▮▮▮ⓓ 量化性能提升：性能评测可以量化优化措施带来的性能提升效果，为优化决策提供数据支持。
② 基准测试（Benchmark）方法：
▮▮▮▮ⓑ 选择合适的测试工具：常用的 C++ 基准测试工具有 Google Benchmark, Criterion, Hayai 等。
▮▮▮▮ⓒ 设计合理的测试用例：测试用例应尽可能覆盖容器的常用操作，例如插入、删除、访问、遍历等，并考虑不同数据规模和场景。
▮▮▮▮ⓓ 避免测试误差：需要注意测试环境的稳定性，避免其他因素干扰测试结果。多次运行取平均值可以减少随机误差。
▮▮▮▮ⓔ 性能指标：常用的性能指标包括执行时间、CPU 周期数、内存分配次数等。
③ SmallVector vs. std::vector 的性能差异分析：
▮▮▮▮ⓑ 栈上空间优势：当元素数量小于等于 SmallVector 的栈上容量 N 时，SmallVector 的所有操作都在栈上进行，避免了堆内存分配和释放的开销，速度更快。
▮▮▮▮ⓒ 堆上扩容开销：当元素数量超过 N 时，SmallVector 会在堆上分配内存，并进行动态扩容，此时性能与 std::vector 接近，甚至可能略有下降（因为可能存在数据从栈到堆的迁移开销）。
▮▮▮▮ⓓ 移动语义优势：SmallVector 和 std::vector 都支持移动语义，但在某些情况下，SmallVector 的栈上存储可能更有利于编译器进行优化，例如返回值优化（RVO）。
▮▮▮▮ⓔ 适用场景：SmallVector 在元素数量较小且可预测的场景下性能优势明显，例如存储固定大小的小数组、函数参数传递等。std::vector 更适用于元素数量不确定或可能很大的场景。
④ 性能评测关注点：
▮▮▮▮ⓑ 不同操作的性能对比：例如，push_back(), insert(), operator[], 遍历等操作的性能对比。
▮▮▮▮ⓒ 不同数据规模的影响：测试不同元素数量下 SmallVector 和 std::vector 的性能差异。
▮▮▮▮ⓓ 不同元素类型的影响：测试存储不同类型（例如，POD 类型、复杂对象）时的性能差异。
▮▮▮▮ⓔ 编译优化选项的影响：不同的编译优化选项可能会影响性能测试结果。
3.5.1 benchmark 代码示例（benchmark Code Example）：使用 Google Benchmark 或其他工具进行性能测试
以下示例代码使用 Google Benchmark 框架进行 SmallVector 和 std::vector 的性能对比测试。
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <vector>
3
#include <benchmark/benchmark.h>
4
5
// Benchmark for push_back operation with small size (within stack capacity)
6
static void BM_SmallVector_PushBack_Small(benchmark::State& state) {
7
for (auto _ : state) {
8
folly::SmallVector<int, 8> sv;
9
for (int i = 0; i < state.range(0); ++i) {
10
sv.push_back(i);
11
}
12
}
13
}
14
BENCHMARK(BM_SmallVector_PushBack_Small)->RangeMultiplier(2)->Range(1, 8);
15
16
static void BM_StdVector_PushBack_Small(benchmark::State& state) {
17
for (auto _ : state) {
18
std::vector<int> v;
19
for (int i = 0; i < state.range(0); ++i) {
20
v.push_back(i);
21
}
22
}
23
}
24
BENCHMARK(BM_StdVector_PushBack_Small)->RangeMultiplier(2)->Range(1, 8);
25
26
// Benchmark for push_back operation with large size (exceeding stack capacity)
27
static void BM_SmallVector_PushBack_Large(benchmark::State& state) {
28
for (auto _ : state) {
29
folly::SmallVector<int, 8> sv;
30
for (int i = 0; i < state.range(0); ++i) {
31
sv.push_back(i);
32
}
33
}
34
}
35
BENCHMARK(BM_SmallVector_PushBack_Large)->RangeMultiplier(10)->Range(10, 10000);
36
37
static void BM_StdVector_PushBack_Large(benchmark::State& state) {
38
for (auto _ : state) {
39
std::vector<int> v;
40
for (int i = 0; i < state.range(0); ++i) {
41
v.push_back(i);
42
}
43
}
44
}
45
BENCHMARK(BM_StdVector_PushBack_Large)->RangeMultiplier(10)->Range(10, 10000);
46
47
// Benchmark for element access (operator[])
48
static void BM_SmallVector_Access(benchmark::State& state) {
49
folly::SmallVector<int, 10000> sv;
50
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
51
sv.push_back(i);
52
}
53
for (auto _ : state) {
54
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
55
benchmark::DoNotOptimize(sv[i]); // Prevent compiler optimization
56
}
57
}
58
}
59
BENCHMARK(BM_SmallVector_Access);
60
61
static void BM_StdVector_Access(benchmark::State& state) {
62
std::vector<int> v;
63
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
64
v.push_back(i);
65
}
66
for (auto _ : state) {
67
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
68
benchmark::DoNotOptimize(v[i]); // Prevent compiler optimization
69
}
70
}
71
}
72
BENCHMARK(BM_StdVector_Access);
73
74
75
int main(int argc, char** argv) {
76
benchmark::Initialize(&argc, argv);
77
if (benchmark::ReportUnrecognizedArguments(argc, argv)) return 1;
78
benchmark::RunSpecifiedBenchmarks();
79
return 0;
80
}
代码解析：
⚝ 引入头文件：folly/container/SmallVector.h, vector, benchmark/benchmark.h。
⚝ BM_SmallVector_PushBack_Small 和 BM_StdVector_PushBack_Small：测试小尺寸（1-8 个元素） push_back() 操作的性能。SmallVector 的栈上容量设置为 8。
⚝ BM_SmallVector_PushBack_Large 和 BM_StdVector_PushBack_Large：测试大尺寸（10-10000 个元素） push_back() 操作的性能，超出 SmallVector 的栈上容量。
⚝ BM_SmallVector_Access 和 BM_StdVector_Access：测试元素访问 operator[] 的性能。
⚝ BENCHMARK(...)->RangeMultiplier(..)->Range(..)：Google Benchmark 的宏，用于定义基准测试函数和参数范围。
⚝ benchmark::DoNotOptimize(...)：防止编译器过度优化，确保测试代码被实际执行。
⚝ main() 函数：初始化 Google Benchmark 并运行指定的基准测试。
运行与结果分析：
编译并运行上述 benchmark 代码，可以得到 SmallVector 和 std::vector 在不同操作下的性能数据。通常情况下，可以观察到：
⚝ 小尺寸 push_back() 操作：SmallVector 性能明显优于 std::vector，因为 SmallVector 使用栈上空间，避免了堆内存分配。
⚝ 大尺寸 push_back() 操作：SmallVector 和 std::vector 性能接近，但 SmallVector 可能略慢，因为存在栈到堆的数据迁移开销。
⚝ 元素访问 operator[]：SmallVector 和 std::vector 性能非常接近，因为都是直接内存访问。
总结：
通过基准测试，我们可以量化 SmallVector 在特定场景下的性能优势。SmallVector 在元素数量较小且不超过栈上容量时，由于栈上内存分配的优势，性能明显优于 std::vector。在元素数量较大时，两者性能接近。因此，在选择容器时，需要根据实际应用场景的元素数量特点，权衡 SmallVector 和 std::vector 的优缺点，选择最合适的容器。对于元素数量通常较小且可预测的场景，SmallVector 是一个优秀的性能优化选择。
END_OF_CHAPTER
4. chapter 4： SmallVector 高级应用与实战案例（SmallVector Advanced Applications and Practical Cases）
4.1 在高性能计算中的应用（Applications in High-Performance Computing）
高性能计算（High-Performance Computing, HPC）领域对性能有着极致的追求，每一个细微的优化都可能对整体计算效率产生显著影响。SmallVector 因其独特的设计理念，在 HPC 场景中能够发挥重要作用，尤其是在处理数据规模相对较小且对性能敏感的计算任务时。
① 数据局部性与缓存优化：在 HPC 应用中，数据局部性是影响性能的关键因素之一。SmallVector 的栈上内存分配特性，使得数据更有可能被分配在连续的内存空间中，从而提高了缓存命中率。对于频繁访问的小型数据集，这可以显著减少内存访问延迟，提升计算速度。
② 减少动态内存分配开销：HPC 应用通常包含大量的循环和迭代计算，频繁的动态内存分配和释放会带来显著的性能开销。SmallVector 的固定容量优化，允许在栈上预分配一定大小的内存，避免了在数据规模较小时的堆内存分配，从而减少了动态内存管理的开销。
③ 适用于小型数据集和临时数据结构：许多 HPC 算法在执行过程中会产生大量的小型数据集或临时数据结构，例如：
⚝ 线性代数运算中的小型向量和矩阵。
⚝ 数值模拟中的局部网格数据。
⚝ 粒子物理模拟中的粒子信息集合。
⚝ 信号处理中的小段数据帧。
对于这些场景，SmallVector 可以作为 std::vector 的高效替代品。当数据量不超过 SmallVector 的栈上容量时，其性能优势尤为明显。
④ 实战代码：使用 SmallVector 加速向量点积运算
假设我们需要频繁计算两个向量的点积，向量长度通常较小。我们可以使用 SmallVector 来存储向量数据，并比较其与 std::vector 在性能上的差异。
1
#include <vector>
2
#include <numeric>
3
#include <chrono>
4
#include <iostream>
5
#include <folly/container/SmallVector.h>
6
7
using namespace std;
8
using namespace folly;
9
10
double dot_product_std_vector(const vector<double>& a, const vector<double>& b) {
11
return inner_product(a.begin(), a.end(), b.begin(), 0.0);
12
}
13
14
double dot_product_small_vector(const SmallVector<double>& a, const SmallVector<double>& b) {
15
return inner_product(a.begin(), a.end(), b.begin(), 0.0);
16
}
17
18
int main() {
19
int size = 10; // 向量长度较小
20
int iterations = 1000000; // 迭代次数
21
22
vector<double> std_vec_a(size, 1.0);
23
vector<double> std_vec_b(size, 2.0);
24
SmallVector<double> small_vec_a(size, 1.0);
25
SmallVector<double> small_vec_b(size, 2.0);
26
27
// std::vector 性能测试
28
auto start_std = chrono::high_resolution_clock::now();
29
for (int i = 0; i < iterations; ++i) {
30
dot_product_std_vector(std_vec_a, std_vec_b);
31
}
32
auto end_std = chrono::high_resolution_clock::now();
33
chrono::duration<double> duration_std = end_std - start_std;
34
cout << "std::vector dot product time: " << duration_std.count() << " seconds" << endl;
35
36
// SmallVector 性能测试
37
auto start_small = chrono::high_resolution_clock::now();
38
for (int i = 0; i < iterations; ++i) {
39
dot_product_small_vector(small_vec_a, small_vec_b);
40
}
41
auto end_small = chrono::high_resolution_clock::now();
42
chrono::duration<double> duration_small = end_small - start_small;
43
cout << "SmallVector dot product time: " << duration_small.count() << " seconds" << endl;
44
45
return 0;
46
}
在这个示例中，我们分别使用 std::vector 和 SmallVector 进行了向量点积运算的性能测试。在向量长度较小且迭代次数较多的情况下，SmallVector 通常会表现出更优的性能，这主要是由于其栈上分配减少了动态内存分配的开销。
⑤ 总结：在 HPC 领域，SmallVector 适用于对性能要求苛刻，且数据规模相对较小的场景。通过合理利用 SmallVector，可以有效地提升 HPC 应用的计算效率。
4.2 在网络编程中的应用（Applications in Network Programming）
网络编程中，数据包的处理是核心任务之一。网络数据包通常具有大小受限且生命周期短暂的特点，这使得 SmallVector 在网络编程领域拥有独特的优势。
① 高效的网络数据包缓冲区：网络数据包的大小通常不会太大，例如以太网帧的最大传输单元（Maximum Transmission Unit, MTU）通常在 1500 字节左右。SmallVector 可以作为高效的网络数据包缓冲区，利用其栈上空间存储数据包内容。
② 减少网络数据包处理延迟：在高性能网络服务中，降低数据包处理延迟至关重要。SmallVector 避免了堆内存分配，减少了内存分配和垃圾回收的开销，从而降低了网络数据包的处理延迟。
③ 适用于协议解析和数据包构建：网络协议解析和数据包构建过程中，经常需要处理和操作小型的字节序列。SmallVector 提供了方便的 API 和高效的内存管理，非常适合用于实现协议解析器和数据包构建器。
④ 实战代码：使用 SmallVector 实现简单的网络数据包处理
假设我们需要处理简单的网络数据包，数据包结构包含包头和包体，包头固定大小，包体大小可变但通常较小。我们可以使用 SmallVector 来存储整个数据包。
1
#include <iostream>
2
#include <vector>
3
#include <folly/container/SmallVector.h>
4
5
using namespace std;
6
using namespace folly;
7
8
// 模拟网络数据包结构
9
struct NetworkPacket {
10
SmallVector<uint8_t> data;
11
12
NetworkPacket(size_t header_size, const uint8_t* payload, size_t payload_size) {
13
data.resize(header_size + payload_size);
14
// 填充包头 (示例，实际应用中需要根据协议填充)
15
for (size_t i = 0; i < header_size; ++i) {
16
data[i] = static_cast<uint8_t>(i);
17
}
18
// 拷贝 payload
19
memcpy(data.data() + header_size, payload, payload_size);
20
}
21
22
void process_packet() {
23
cout << "Processing packet, size: " << data.size() << endl;
24
// 实际的网络包处理逻辑...
25
}
26
};
27
28
int main() {
29
uint8_t payload[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05};
30
NetworkPacket packet(10, payload, sizeof(payload));
31
packet.process_packet();
32
33
return 0;
34
}
在这个示例中，NetworkPacket 结构体使用 SmallVector<uint8_t> 来存储网络数据包。由于网络数据包的大小通常有限，SmallVector 可以有效地管理数据包缓冲区，并减少内存分配开销。
⑤ 总结：在网络编程领域，SmallVector 尤其适用于处理网络数据包这种小而频繁的数据。它可以作为高效的网络数据包缓冲区，降低处理延迟，提升网络服务的性能。
4.3 在游戏开发中的应用（Applications in Game Development）
游戏开发对性能的要求极高，尤其是在需要实时渲染和高速响应的游戏引擎中。SmallVector 在游戏开发中可以用于优化各种数据结构，提升游戏性能和帧率。
① 游戏对象组件管理：现代游戏引擎通常采用组件式架构（Component-Based Architecture），游戏对象由多个组件构成。对于组件数量较少的游戏对象，可以使用 SmallVector 来存储组件列表。
② 粒子系统：粒子系统是游戏中常用的特效技术，每个粒子通常包含少量属性（位置、速度、颜色等）。使用 SmallVector 可以高效地存储和管理粒子的属性数据。
③ 小型游戏对象和临时数据：游戏中存在大量小型游戏对象和临时数据，例如：
⚝ 碰撞检测中的碰撞点列表。
⚝ 渲染过程中的顶点索引列表。
⚝ 游戏逻辑中的临时状态数据。
对于这些小型数据集合，SmallVector 可以提供比 std::vector 更高效的内存管理和访问速度。
④ 实战代码：使用 SmallVector 优化游戏对象组件管理
假设我们有一个简单的游戏引擎，游戏对象由组件构成，每个游戏对象最多包含少量组件。我们可以使用 SmallVector 来存储游戏对象的组件列表。
1
#include <iostream>
2
#include <vector>
3
#include <folly/container/SmallVector.h>
4
5
using namespace std;
6
using namespace folly;
7
8
// 游戏组件基类
9
class GameComponent {
10
public:
11
virtual ~GameComponent() = default;
12
virtual void update() = 0;
13
};
14
15
// 示例组件：位置组件
16
class PositionComponent : public GameComponent {
17
public:
18
PositionComponent(float x, float y) : x_(x), y_(y) {}
19
void update() override {
20
cout << "Position: (" << x_ << ", " << y_ << ")" << endl;
21
}
22
private:
23
float x_;
24
float y_;
25
};
26
27
// 示例组件：渲染组件
28
class RenderComponent : public GameComponent {
29
public:
30
RenderComponent(const string& model_name) : model_name_(model_name) {}
31
void update() override {
32
cout << "Rendering model: " << model_name_ << endl;
33
}
34
private:
35
string model_name_;
36
};
37
38
// 游戏对象类
39
class GameObject {
40
public:
41
using ComponentList = SmallVector<unique_ptr<GameComponent>>; // 使用 SmallVector 存储组件
42
ComponentList components;
43
44
void addComponent(unique_ptr<GameComponent> component) {
45
components.push_back(move(component));
46
}
47
48
void updateComponents() {
49
for (const auto& component : components) {
50
component->update();
51
}
52
}
53
};
54
55
int main() {
56
GameObject obj;
57
obj.addComponent(make_unique<PositionComponent>(10.0f, 20.0f));
58
obj.addComponent(make_unique<RenderComponent>("player_model"));
59
60
obj.updateComponents();
61
62
return 0;
63
}
在这个示例中，GameObject 类使用 SmallVector<unique_ptr<GameComponent>> 来存储组件列表。由于游戏对象通常组件数量有限，SmallVector 可以有效地管理组件，并减少内存分配开销，从而提升游戏性能。
⑤ 总结：在游戏开发中，SmallVector 可以用于优化游戏引擎的各种数据结构，尤其是在处理组件管理、粒子系统和小型游戏对象等场景时，能够提升游戏性能和帧率，为玩家带来更流畅的游戏体验。
4.4 与其他 Folly 组件的协同工作（Collaboration with Other Folly Components）
Folly 库作为一个全面的 C++ 库，提供了许多高效且实用的组件。SmallVector 可以与其他 Folly 组件协同工作，构建更强大、更高效的应用程序。
① 与 FBString 的协同：FBString 是 Folly 提供的字符串类，它在小字符串优化方面与 SmallVector 有相似的设计理念。SmallVector<FBString> 可以用于存储字符串集合，结合两者的优化特性，可以高效地处理字符串数据。例如，在文本处理、日志分析等场景中，可以使用 SmallVector<FBString> 来存储和操作文本行或日志条目。
② 与 FBVector 的协同：FBVector 是 Folly 提供的另一个动态数组容器，它在某些方面比 std::vector 更加高效。SmallVector 和 FBVector 可以根据不同的场景和需求进行选择和组合使用。例如，可以使用 SmallVector 存储小型数据集，当数据规模超过 SmallVector 的容量时，可以将数据转移到 FBVector 中进行处理。
③ 与 Folly Algorithms 的协同：Folly 提供了丰富的算法库，包括排序、查找、变换等。SmallVector 可以与 Folly Algorithms 中的算法无缝集成，利用这些高效的算法对 SmallVector 中的数据进行处理。例如，可以使用 folly::sort 对 SmallVector 中的元素进行排序，使用 folly::binary_search 在 SmallVector 中查找元素。
④ 与 Futures/Promises 的协同：在异步编程中，Futures/Promises 是常用的并发编程模型。SmallVector 可以用于在异步任务之间传递数据。例如，一个异步任务可以使用 SmallVector 存储计算结果，并将 SmallVector 作为 Future 的返回值传递给后续的任务。
⑤ 实战代码：使用 SmallVector<FBString> 存储和处理文本行
假设我们需要读取一个文本文件，并将每行文本存储到容器中进行处理。我们可以使用 SmallVector<FBString> 来存储文本行。
1
#include <iostream>
2
#include <fstream>
3
#include <string>
4
#include <folly/container/SmallVector.h>
5
#include <folly/FBString.h>
6
7
using namespace std;
8
using namespace folly;
9
10
int main() {
11
ifstream file("input.txt");
12
if (!file.is_open()) {
13
cerr << "Error opening file" << endl;
14
return 1;
15
}
16
17
SmallVector<FBString> lines;
18
string line;
19
while (getline(file, line)) {
20
lines.emplace_back(line); // 使用 emplace_back 直接构造 FBString
21
}
22
file.close();
23
24
cout << "Read " << lines.size() << " lines from file." << endl;
25
26
// 遍历并处理文本行
27
for (const auto& fb_line : lines) {
28
cout << "Line: " << fb_line.toStdString() << endl; // 转换为 std::string 输出
29
// 实际的文本行处理逻辑...
30
}
31
32
return 0;
33
}
在这个示例中，我们使用 SmallVector<FBString> 存储从文件中读取的文本行。FBString 的小字符串优化和 SmallVector 的栈上分配特性结合，可以高效地处理文本数据。
⑥ 总结：SmallVector 可以与 Folly 库中的其他组件，如 FBString, FBVector, Folly Algorithms, Futures/Promises 等协同工作，构建更强大、更高效的应用程序。通过合理利用 Folly 库的组件，可以充分发挥 SmallVector 的优势，提升程序性能和开发效率。
4.5 案例分析：开源项目中的 SmallVector 应用（Case Study: SmallVector Applications in Open Source Projects）
学习开源项目如何使用 SmallVector 是深入理解其应用场景和最佳实践的有效途径。许多知名的开源项目，尤其是在高性能计算、网络编程和游戏开发领域，都采用了 Folly 库，并从中受益。
① 查找开源项目中的 SmallVector 用例：可以通过 GitHub、GitLab 等代码托管平台搜索使用 Folly 和 SmallVector 的开源项目。关键词可以包括 "folly", "SmallVector", "facebook/folly" 等。
② 分析项目代码：选择一些具有代表性的开源项目，分析其代码库中 SmallVector 的使用方式。重点关注以下几个方面：
⚝ SmallVector 的应用场景：项目在哪些模块或功能中使用了 SmallVector？
⚝ SmallVector 的容量选择：项目如何选择 SmallVector 的容量参数？
⚝ SmallVector 的性能收益：项目是否在文档或代码注释中提及使用 SmallVector 带来的性能提升？
⚝ SmallVector 与其他 Folly 组件的协同：项目是否将 SmallVector 与其他 Folly 组件结合使用？
③ 案例示例：folly itself
Folly 库自身就大量使用了 SmallVector。在 Folly 的源代码中搜索 folly::SmallVector，可以找到大量的用例。例如，在 Folly 的 FBString 实现中，SmallVector 被用于存储小字符串的字符数据，实现了小字符串优化。
1
// 摘自 folly/FBString.h (简化版本)
2
template <typename CharType, size_t N>
3
class SmallString {
4
private:
5
SmallVector<CharType, N> data_; // 使用 SmallVector 存储小字符串数据
6
size_t size_;
7
public:
8
// ...
9
};
在 FBString 的实现中，SmallVector 作为内部数据存储结构，充分利用了 SmallVector 的栈上分配和固定容量优化特性，提升了小字符串的处理效率。
④ 案例示例：ClickHouse
ClickHouse 是一个开源的列式数据库管理系统，以其高性能而闻名。ClickHouse 也使用了 Folly 库，并在其代码库中使用了 SmallVector。例如，在 ClickHouse 的某些数据结构和算法实现中，SmallVector 被用于存储小型数据集合，以提升性能。
⑤ 案例分析总结：通过分析开源项目中的 SmallVector 用例，我们可以学习到：
⚝ SmallVector 在高性能场景中的广泛应用。
⚝ 如何根据实际场景选择合适的 SmallVector 容量。
⚝ SmallVector 与其他库或组件协同工作的模式。
⚝ 开源项目对性能优化的极致追求和实践经验。
学习开源项目的实践经验，可以帮助我们更好地理解和应用 SmallVector，并在自己的项目中充分发挥其优势。
END_OF_CHAPTER
5. chapter 5： SmallVector API 全面解析（SmallVector API Comprehensive Analysis）
本章将深入探讨 Folly 库中 SmallVector 容器提供的各种 API，旨在为读者提供一个全面、权威的 API 参考指南。我们将详细解析每个 API 的功能、参数、返回值、异常处理以及使用场景，并通过实战代码示例，帮助读者彻底掌握 SmallVector 的使用方法，充分发挥其在性能和效率方面的优势。无论你是初学者还是经验丰富的工程师，本章内容都将成为你深入理解和应用 SmallVector 的宝贵资源。
5.1 构造函数与赋值运算符详解（Constructors and Assignment Operators Detailed Analysis）
SmallVector 提供了多种构造函数和赋值运算符，以支持灵活的对象创建和赋值操作。本节将逐一深入解析这些构造函数和赋值运算符，帮助读者理解它们的功能、适用场景以及使用注意事项。
5.1.1 默认构造函数（Default Constructor）
函数签名（Function Signature）:
1
SmallVector() noexcept;
描述（Description）:
默认构造函数创建一个空的 SmallVector 对象，其大小（size）为 0。由于 SmallVector 的特性，它会在栈上预留一定的空间（由模板参数 N 决定），但此时并不分配任何元素。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
无（None）
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv; // 创建一个可以容纳 4 个 int 的 SmallVector
6
std::cout << "Initial size: " << sv.size() << std::endl; // 输出初始大小
7
std::cout << "Initial capacity: " << sv.capacity() << std::endl; // 输出初始容量
8
return 0;
9
}
输出:
1
Initial size: 0
2
Initial capacity: 4
要点（Key Points）:
① 默认构造函数是最简单的构造方式，适用于在后续代码中动态添加元素的情况。
② 初始容量由模板参数 N 决定，但不占用实际存储空间，只有在添加元素时才会使用。
5.1.2 容量构造函数（Capacity Constructor）
函数签名（Function Signature）:
1
explicit SmallVector(size_type capacity);
描述（Description）:
容量构造函数创建一个空的 SmallVector 对象，并预先分配至少能容纳 capacity 个元素的空间。这可以避免在后续添加元素时频繁的内存重新分配，提高性能。
参数（Parameters）:
⚝ capacity (size_type): 期望的初始容量大小。
返回值（Return Value）:
无（None）
异常（Exceptions）:
⚝ std::bad_alloc: 如果内存分配失败，可能会抛出此异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv(10); // 创建一个初始容量为 10 的 SmallVector
6
std::cout << "Initial size: " << sv.size() << std::endl; // 输出初始大小
7
std::cout << "Initial capacity: " << sv.capacity() << std::endl; // 输出初始容量
8
return 0;
9
}
输出 (输出可能因实现而异，但容量至少为 10):
1
Initial size: 0
2
Initial capacity: 10
要点（Key Points）:
① explicit 关键字防止隐式类型转换，必须显式调用构造函数。
② 预先指定容量适用于已知大致元素数量的场景，可以提升性能。
③ 实际分配的容量可能大于等于 capacity，具体取决于实现。
5.1.3 范围构造函数（Range Constructor）
函数签名（Function Signature）:
1
template <class InputIterator>
2
SmallVector(InputIterator first, InputIterator last);
描述（Description）:
范围构造函数使用迭代器 [first, last) 指定的范围内的元素来初始化 SmallVector。它会复制范围内的所有元素到新的 SmallVector 对象中。
参数（Parameters）:
⚝ first (InputIterator): 输入范围的起始迭代器。
⚝ last (InputIterator): 输入范围的结束迭代器。
返回值（Return Value）:
无（None）
异常（Exceptions）:
⚝ 可能抛出输入迭代器操作或元素复制过程中抛出的任何异常。
⚝ std::bad_alloc: 如果内存分配失败，可能会抛出此异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <vector>
3
#include <iostream>
4
5
int main() {
6
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
7
folly::SmallVector<int, 4> sv(vec.begin(), vec.end()); // 使用 vector 初始化 SmallVector
8
9
std::cout << "Size: " << sv.size() << std::endl; // 输出大小
10
std::cout << "Capacity: " << sv.capacity() << std::endl; // 输出容量
11
for (int val : sv) {
12
std::cout << val << " "; // 输出 SmallVector 中的元素
13
}
14
std::cout << std::endl;
15
return 0;
16
}
输出 (输出可能因实现而异，但容量至少为 5):
1
Size: 5
2
Capacity: 5
3
1 2 3 4 5
要点（Key Points）:
① 适用于从其他容器或数据范围初始化 SmallVector 的场景。
② 会复制范围内的元素，如果元素类型是自定义类，会调用其拷贝构造函数。
③ 迭代器类型只需要满足输入迭代器的要求。
5.1.4 初始化列表构造函数（Initializer List Constructor）
函数签名（Function Signature）:
1
SmallVector(std::initializer_list<value_type> il);
描述（Description）:
初始化列表构造函数使用 std::initializer_list 提供的元素列表来初始化 SmallVector。这是一种简洁方便的初始化方式，尤其适用于在代码中直接指定元素值。
参数（Parameters）:
⚝ il (std::initializer_list<value_type>): 初始化列表。
返回值（Return Value）:
无（None）
异常（Exceptions）:
⚝ 可能抛出元素复制过程中抛出的任何异常。
⚝ std::bad_alloc: 如果内存分配失败，可能会抛出此异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {1, 2, 3, 4, 5}; // 使用初始化列表初始化 SmallVector
6
7
std::cout << "Size: " << sv.size() << std::endl; // 输出大小
8
std::cout << "Capacity: " << sv.capacity() << std::endl; // 输出容量
9
for (int val : sv) {
10
std::cout << val << " "; // 输出 SmallVector 中的元素
11
}
12
std::cout << std::endl;
13
return 0;
14
}
输出 (输出可能因实现而异，但容量至少为 5):
1
Size: 5
2
Capacity: 5
3
1 2 3 4 5
要点（Key Points）:
① C++11 引入的特性，语法简洁，易于使用。
② 适用于在编译时已知元素值的场景。
③ 同样会复制列表中的元素。
5.1.5 拷贝构造函数（Copy Constructor）
函数签名（Function Signature）:
1
SmallVector(const SmallVector& other);
描述（Description）:
拷贝构造函数创建一个新的 SmallVector 对象，它是 other 对象的深拷贝。这意味着新对象拥有 other 对象所有元素的副本，并且拥有独立的内存空间。
参数（Parameters）:
⚝ other (const SmallVector&): 要拷贝的 SmallVector 对象。
返回值（Return Value）:
无（None）
异常（Exceptions）:
⚝ 可能抛出元素拷贝过程中抛出的任何异常。
⚝ std::bad_alloc: 如果内存分配失败，可能会抛出此异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv1 = {1, 2, 3};
6
folly::SmallVector<int, 4> sv2 = sv1; // 使用拷贝构造函数创建 sv2
7
8
sv1[0] = 100; // 修改 sv1 的元素，sv2 不受影响
9
10
std::cout << "sv1: ";
11
for (int val : sv1) {
12
std::cout << val << " ";
13
}
14
std::cout << std::endl;
15
16
std::cout << "sv2: ";
17
for (int val : sv2) {
18
std::cout << val << " ";
19
}
20
std::cout << std::endl;
21
return 0;
22
}
输出:
1
sv1: 100 2 3
2
sv2: 1 2 3
要点（Key Points）:
① 执行深拷贝，修改拷贝源对象不会影响拷贝目标对象。
② 如果元素类型是自定义类，会调用其拷贝构造函数。
③ 拷贝构造函数在对象按值传递或作为函数返回值时会被隐式调用。
5.1.6 移动构造函数（Move Constructor）
函数签名（Function Signature）:
1
SmallVector(SmallVector&& other) noexcept;
描述（Description）:
移动构造函数创建一个新的 SmallVector 对象，并从 other 对象“移动”资源，而不是拷贝。这意味着新对象会接管 other 对象的内存空间和元素，而 other 对象将处于有效的、但未指定的状态。移动构造函数通常比拷贝构造函数更高效，尤其是在处理大型对象时。
参数（Parameters）:
⚝ other (SmallVector&&): 要移动的 SmallVector 对象（右值引用）。
返回值（Return Value）:
无（None）
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
folly::SmallVector<int, 4> createSmallVector() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {1, 2, 3};
6
return sv; // 返回右值，触发移动构造
7
}
8
9
int main() {
10
folly::SmallVector<int, 4> sv2 = createSmallVector(); // 使用移动构造函数创建 sv2
11
12
std::cout << "sv2: ";
13
for (int val : sv2) {
14
std::cout << val << " ";
15
}
16
std::cout << std::endl;
17
18
// sv1 的状态变为有效但未指定，不应再访问其元素 (此处为了演示，实际使用中应避免)
19
// std::cout << "sv1: " << sv1.size() << std::endl; // 可能会崩溃或输出不确定值
20
21
return 0;
22
}
输出:
1
sv2: 1 2 3
要点（Key Points）:
① 执行浅拷贝，资源所有权转移，避免了深拷贝的开销。
② 移动构造函数通常在右值引用或 std::move 的情况下被调用。
③ 移动源对象 other 在移动后处于有效但未指定的状态，不应再依赖其内部数据。
5.1.7 拷贝赋值运算符（Copy Assignment Operator）
函数签名（Function Signature）:
1
SmallVector& operator=(const SmallVector& other);
描述（Description）:
拷贝赋值运算符将 other 对象的内容拷贝赋值给当前对象。如果当前对象已经分配了内存，并且容量不足以容纳 other 对象的所有元素，则可能需要重新分配内存。
参数（Parameters）:
⚝ other (const SmallVector&): 要拷贝赋值的 SmallVector 对象。
返回值（Return Value）:
⚝ SmallVector&: 对当前对象的引用 (*this)。
异常（Exceptions）:
⚝ 可能抛出元素拷贝过程中抛出的任何异常。
⚝ std::bad_alloc: 如果内存分配失败，可能会抛出此异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv1 = {1, 2};
6
folly::SmallVector<int, 4> sv2 = {3, 4, 5};
7
8
sv1 = sv2; // 使用拷贝赋值运算符将 sv2 赋值给 sv1
9
10
sv2[0] = 300; // 修改 sv2 的元素，sv1 不受影响
11
12
std::cout << "sv1: ";
13
for (int val : sv1) {
14
std::cout << val << " ";
15
}
16
std::cout << std::endl;
17
18
std::cout << "sv2: ";
19
for (int val : sv2) {
20
std::cout << val << " ";
21
}
22
std::cout << std::endl;
23
return 0;
24
}
输出:
1
sv1: 3 4 5
2
sv2: 300 4 5
要点（Key Points）:
① 执行深拷贝赋值，修改赋值源对象不会影响赋值目标对象。
② 赋值运算符需要处理自赋值的情况 (sv1 = sv1)，但 SmallVector 通常能正确处理。
③ 返回对自身对象的引用，支持链式赋值操作 (sv1 = sv2 = sv3)。
5.1.8 移动赋值运算符（Move Assignment Operator）
函数签名（Function Signature）:
1
SmallVector& operator=(SmallVector&& other) noexcept;
描述（Description）:
移动赋值运算符将 other 对象的内容移动赋值给当前对象。与移动构造函数类似，它会转移资源所有权，避免不必要的拷贝操作。
参数（Parameters）:
⚝ other (SmallVector&&): 要移动赋值的 SmallVector 对象（右值引用）。
返回值（Return Value）:
⚝ SmallVector&: 对当前对象的引用 (*this)。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv1 = {1, 2};
6
folly::SmallVector<int, 4> sv2 = {3, 4, 5};
7
8
sv1 = std::move(sv2); // 使用移动赋值运算符将 sv2 移动赋值给 sv1
9
10
std::cout << "sv1: ";
11
for (int val : sv1) {
12
std::cout << val << " ";
13
}
14
std::cout << std::endl;
15
16
// sv2 的状态变为有效但未指定，不应再访问其元素 (此处为了演示，实际使用中应避免)
17
// std::cout << "sv2: " << sv2.size() << std::endl; // 可能会崩溃或输出不确定值
18
return 0;
19
}
输出:
1
sv1: 3 4 5
要点（Key Points）:
① 执行浅拷贝赋值，资源所有权转移，提升性能。
② 移动赋值运算符通常在右值引用或 std::move 的情况下被调用。
③ 移动源对象 other 在移动后处于有效但未指定的状态，不应再依赖其内部数据。
④ 返回对自身对象的引用，支持链式赋值操作。
5.2 容量函数详解（Capacity Functions Detailed Analysis）
SmallVector 提供了一系列容量函数，用于查询和管理容器的内存容量和大小。合理使用这些函数可以帮助我们更好地理解和控制 SmallVector 的内存使用，优化程序性能。
5.2.1 size()
函数签名（Function Signature）:
1
size_type size() const noexcept;
描述（Description）:
size() 函数返回 SmallVector 中当前元素的数量，即容器的大小。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ size_type: 容器中元素的数量。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {1, 2, 3};
6
std::cout << "Size: " << sv.size() << std::endl; // 输出元素数量
7
return 0;
8
}
输出:
1
Size: 3
要点（Key Points）:
① size() 返回的是逻辑大小，即用户可见的元素数量。
② 时间复杂度为 \(O(1)\)。
5.2.2 capacity()
函数签名（Function Signature）:
1
size_type capacity() const noexcept;
描述（Description）:
capacity() 函数返回 SmallVector 当前已分配的存储空间可以容纳的元素数量，即容器的容量。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ size_type: 容器的容量。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {1, 2, 3};
6
std::cout << "Capacity: " << sv.capacity() << std::endl; // 输出容器容量
7
return 0;
8
}
输出 (输出可能因实现而异，但容量至少为 3):
1
Capacity: 4
要点（Key Points）:
① capacity() 返回的是物理容量，表示容器在不重新分配内存的情况下可以容纳的最大元素数量。
② capacity() 总是大于等于 size()。
③ 时间复杂度为 \(O(1)\)。
5.2.3 max_size()
函数签名（Function Signature）:
1
size_type max_size() const noexcept;
描述（Description）:
max_size() 函数返回 SmallVector 理论上可以容纳的最大元素数量，这通常受限于系统内存和实现限制。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ size_type: 容器的最大容量。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv;
6
std::cout << "Max size: " << sv.max_size() << std::endl; // 输出最大容量
7
return 0;
8
}
输出 (输出值会非常大):
1
Max size: 4611686018427387903
要点（Key Points）:
① max_size() 返回的是理论上的最大值，实际应用中不太可能达到。
② 主要用于了解容器容量的上限。
③ 时间复杂度为 \(O(1)\)。
5.2.4 empty()
函数签名（Function Signature）:
1
bool empty() const noexcept;
描述（Description）:
empty() 函数检查 SmallVector 是否为空，即容器中是否没有任何元素。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ bool: 如果容器为空，返回 true；否则返回 false。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv1;
6
folly::SmallVector<int, 4> sv2 = {1, 2, 3};
7
8
std::cout << "sv1 is empty: " << sv1.empty() << std::endl; // 检查 sv1 是否为空
9
std::cout << "sv2 is empty: " << sv2.empty() << std::endl; // 检查 sv2 是否为空
10
return 0;
11
}
输出:
1
sv1 is empty: true
2
sv2 is empty: false
要点（Key Points）:
① 判断容器是否为空的便捷方法，等价于 size() == 0。
② 时间复杂度为 \(O(1)\)。
5.2.5 reserve()
函数签名（Function Signature）:
1
void reserve(size_type n);
描述（Description）:
reserve() 函数请求 SmallVector 预留至少能容纳 n 个元素的存储空间。如果在调用 reserve() 之前，容器的 capacity() 小于 n，则会重新分配内存，使其容量至少达到 n。如果 n 小于或等于当前的 capacity()，则 reserve() 不会产生任何效果。
参数（Parameters）:
⚝ n (size_type): 期望的最小容量。
返回值（Return Value）:
无（None）
异常（Exceptions）:
⚝ std::length_error: 如果 n 大于 max_size()，则抛出此异常。
⚝ std::bad_alloc: 如果内存分配失败，可能会抛出此异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv;
6
std::cout << "Initial capacity: " << sv.capacity() << std::endl; // 输出初始容量
7
8
sv.reserve(10); // 预留容量为 10
9
std::cout << "Capacity after reserve(10): " << sv.capacity() << std::endl; // 输出预留后的容量
10
11
sv.reserve(5); // 预留容量为 5 (小于当前容量，无效果)
12
std::cout << "Capacity after reserve(5): " << sv.capacity() << std::endl; // 输出预留后的容量
13
return 0;
14
}
输出 (输出可能因实现而异，但容量变化符合预期):
1
Initial capacity: 4
2
Capacity after reserve(10): 10
3
Capacity after reserve(5): 10
要点（Key Points）:
① 用于预先分配内存，避免在后续添加元素时频繁的内存重新分配，提高性能。
② reserve() 只会增加容量，不会改变 size()。
③ 如果预留的容量小于当前容量，不会缩小容量。
5.2.6 shrink_to_fit()
函数签名（Function Signature）:
1
void shrink_to_fit();
描述（Description）:
shrink_to_fit() 函数尝试释放 SmallVector 中未使用的内存空间，将容器的 capacity() 减小到与 size() 相匹配的大小，或者一个更小的值，以节省内存。但请注意，具体的实现可能不会真正缩小容量，这取决于分配器的策略。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
无（None）
异常（Exceptions）:
⚝ std::bad_alloc: 如果内存分配失败（在某些实现中，缩小容量可能涉及重新分配内存），可能会抛出此异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv;
6
sv.reserve(100); // 预留大容量
7
sv.push_back(1);
8
sv.push_back(2);
9
std::cout << "Capacity before shrink_to_fit: " << sv.capacity() << std::endl; // 输出 shrink_to_fit 前的容量
10
11
sv.shrink_to_fit(); // 尝试缩小容量
12
std::cout << "Capacity after shrink_to_fit: " << sv.capacity() << std::endl; // 输出 shrink_to_fit 后的容量
13
return 0;
14
}
输出 (输出可能因实现而异，但容量应该减小):
1
Capacity before shrink_to_fit: 100
2
Capacity after shrink_to_fit: 2
要点（Key Points）:
① 用于释放不再需要的内存空间，减少内存占用。
② shrink_to_fit() 只是一个请求，具体的缩小行为取决于实现和分配器。
③ 调用 shrink_to_fit() 后，容器的迭代器、指针和引用仍然有效。
5.3 元素访问函数详解（Element Access Functions Detailed Analysis）
SmallVector 提供多种方式来访问容器中的元素，包括索引访问、范围访问以及首尾元素访问等。这些函数使得我们可以方便快捷地读取和修改容器中的元素。
5.3.1 operator[]
函数签名（Function Signature）:
1
reference operator[](size_type pos);
2
const_reference operator[](size_type pos) const;
描述（Description）:
operator[] 提供对 SmallVector 中指定位置 pos 元素的直接访问。它不进行边界检查，因此如果 pos 超出有效范围 [0, size() - 1]，则行为未定义（Undefined Behavior），可能导致程序崩溃或数据损坏。
参数（Parameters）:
⚝ pos (size_type): 要访问元素的索引位置，范围为 [0, size() - 1]。
返回值（Return Value）:
⚝ reference: 对指定位置元素的引用（非 const 版本）。
⚝ const_reference: 对指定位置元素的常量引用（const 版本）。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
6
7
std::cout << "Element at index 1: " << sv[1] << std::endl; // 访问索引为 1 的元素
8
9
sv[0] = 100; // 修改索引为 0 的元素
10
std::cout << "Element at index 0 after modification: " << sv[0] << std::endl;
11
12
// 注意：以下代码是错误的，因为索引 3 超出范围，会导致未定义行为
13
// std::cout << sv[3] << std::endl; // 错误用法，可能崩溃
14
return 0;
15
}
输出:
1
Element at index 1: 20
2
Element at index 0 after modification: 100
要点（Key Points）:
① 提供快速的元素访问方式，时间复杂度为 \(O(1)\)。
② 不进行边界检查，使用时务必确保索引有效，避免未定义行为。
③ const 版本用于只读访问，非 const 版本用于读写访问。
5.3.2 at()
函数签名（Function Signature）:
1
reference at(size_type pos);
2
const_reference at(size_type pos) const;
描述（Description）:
at() 函数也提供对 SmallVector 中指定位置 pos 元素的访问，但与 operator[] 不同的是，at() 会进行边界检查。如果 pos 超出有效范围 [0, size() - 1]，则会抛出 std::out_of_range 异常。
参数（Parameters）:
⚝ pos (size_type): 要访问元素的索引位置，范围为 [0, size() - 1]。
返回值（Return Value）:
⚝ reference: 对指定位置元素的引用（非 const 版本）。
⚝ const_reference: 对指定位置元素的常量引用（const 版本）。
异常（Exceptions）:
⚝ std::out_of_range: 如果 pos 超出有效范围，则抛出此异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
#include <stdexcept>
4
5
int main() {
6
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
7
8
std::cout << "Element at index 1: " << sv.at(1) << std::endl; // 访问索引为 1 的元素
9
10
try {
11
std::cout << sv.at(3) << std::endl; // 访问超出范围的索引，会抛出异常
12
} catch (const std::out_of_range& e) {
13
std::cerr << "Out of range exception caught: " << e.what() << std::endl;
14
}
15
return 0;
16
}
输出:
1
Element at index 1: 20
2
Out of range exception caught: folly::SmallVector::at: index out of range
要点（Key Points）:
① 提供安全的元素访问方式，时间复杂度为 \(O(1)\)。
② 进行边界检查，超出范围会抛出异常，有助于提高程序的健壮性。
③ const 版本用于只读访问，非 const 版本用于读写访问。
④ 在需要确保索引有效性的场景下，推荐使用 at()。
5.3.3 front()
函数签名（Function Signature）:
1
reference front();
2
const_reference front() const;
描述（Description）:
front() 函数返回 SmallVector 中第一个元素的引用。调用 front() 之前，必须确保容器非空，否则行为未定义。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ reference: 对第一个元素的引用（非 const 版本）。
⚝ const_reference: 对第一个元素的常量引用（const 版本）。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
但如果容器为空，则行为未定义。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
6
7
if (!sv.empty()) {
8
std::cout << "First element: " << sv.front() << std::endl; // 访问第一个元素
9
sv.front() = 100; // 修改第一个元素
10
std::cout << "First element after modification: " << sv.front() << std::endl;
11
} else {
12
std::cout << "SmallVector is empty." << std::endl;
13
}
14
return 0;
15
}
输出:
1
First element: 10
2
First element after modification: 100
要点（Key Points）:
① 快速访问第一个元素，时间复杂度为 \(O(1)\)。
② 调用前必须确保容器非空，否则可能导致未定义行为。
③ const 版本用于只读访问，非 const 版本用于读写访问。
5.3.4 back()
函数签名（Function Signature）:
1
reference back();
2
const_reference back() const;
描述（Description）:
back() 函数返回 SmallVector 中最后一个元素的引用。调用 back() 之前，必须确保容器非空，否则行为未定义。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ reference: 对最后一个元素的引用（非 const 版本）。
⚝ const_reference: 对最后一个元素的常量引用（const 版本）。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
但如果容器为空，则行为未定义。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
6
7
if (!sv.empty()) {
8
std::cout << "Last element: " << sv.back() << std::endl; // 访问最后一个元素
9
sv.back() = 300; // 修改最后一个元素
10
std::cout << "Last element after modification: " << sv.back() << std::endl;
11
} else {
12
std::cout << "SmallVector is empty." << std::endl;
13
}
14
return 0;
15
}
输出:
1
Last element: 30
2
Last element after modification: 300
要点（Key Points）:
① 快速访问最后一个元素，时间复杂度为 \(O(1)\)。
② 调用前必须确保容器非空，否则可能导致未定义行为。
③ const 版本用于只读访问，非 const 版本用于读写访问。
5.3.5 data()
函数签名（Function Signature）:
1
pointer data() noexcept;
2
const_pointer data() const noexcept;
描述（Description）:
data() 函数返回指向 SmallVector 内部存储数组首元素的指针。如果 SmallVector 为空，则返回值未指定，但可以解引用（C++11 标准之后）。通常返回 nullptr 当容器为空。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ pointer: 指向首元素的指针（非 const 版本）。
⚝ const_pointer: 指向首元素的常量指针（const 版本）。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
6
7
int* ptr = sv.data(); // 获取指向首元素的指针
8
std::cout << "First element using data(): " << *ptr << std::endl; // 通过指针访问首元素
9
10
for (size_t i = 0; i < sv.size(); ++i) {
11
std::cout << *(ptr + i) << " "; // 使用指针遍历元素
12
}
13
std::cout << std::endl;
14
return 0;
15
}
输出:
1
First element using data(): 10
2
10 20 30
要点（Key Points）:
① 提供对底层数组的直接访问，可以用于与 C 风格 API 交互或进行底层操作。
② 返回的指针类型与元素类型匹配。
③ 如果容器为空，返回的指针可能为 nullptr 或其他未指定值，具体取决于实现。 建议在使用前检查容器是否为空。
④ 通过 data() 获取的指针，可以像操作普通数组一样操作 SmallVector 的元素。
5.4 修改器函数详解（Modifier Functions Detailed Analysis）
SmallVector 提供了一系列修改器函数，用于添加、删除、插入、清除和调整容器中的元素。这些函数使得我们可以灵活地操作 SmallVector 的内容。
5.4.1 push_back()
函数签名（Function Signature）:
1
void push_back(const value_type& value);
2
void push_back(value_type&& value);
描述（Description）:
push_back() 函数在 SmallVector 的末尾添加一个新元素。它有两个重载版本：
⚝ 接受左值引用 (const value_type&) 的版本会拷贝元素。
⚝ 接受右值引用 (value_type&&) 的版本会移动元素（如果元素类型支持移动语义）。
参数（Parameters）:
⚝ value (const value_type& 或 value_type&&): 要添加到末尾的元素。
返回值（Return Value）:
无（None）
异常（Exceptions）:
⚝ 可能抛出元素拷贝或移动过程中抛出的任何异常。
⚝ std::bad_alloc: 如果需要重新分配内存且分配失败，可能会抛出此异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv;
6
7
sv.push_back(10); // 添加元素 10
8
sv.push_back(20); // 添加元素 20
9
sv.push_back(30); // 添加元素 30
10
11
std::cout << "SmallVector after push_back: ";
12
for (int val : sv) {
13
std::cout << val << " ";
14
}
15
std::cout << std::endl;
16
std::cout << "Size: " << sv.size() << std::endl;
17
std::cout << "Capacity: " << sv.capacity() << std::endl;
18
return 0;
19
}
输出 (输出可能因实现而异，但容量变化符合预期):
1
SmallVector after push_back: 10 20 30
2
Size: 3
3
Capacity: 4
要点（Key Points）:
① 在末尾添加元素的常用方法，时间复杂度平均为 \(O(1)\)，最坏情况（需要重新分配内存）为 \(O(n)\)。
② 优先使用移动版本，避免不必要的拷贝操作，尤其是在添加临时对象或右值时。
③ 如果添加元素后超出当前容量，SmallVector 会自动重新分配内存，通常以指数方式增长容量。
5.4.2 emplace_back()
函数签名（Function Signature）:
1
template <class... Args>
2
reference emplace_back(Args&&... args);
描述（Description）:
emplace_back() 函数在 SmallVector 的末尾就地构造一个新元素。它接受构造元素的参数，并在容器内部直接使用这些参数构造元素，避免了临时对象的创建和拷贝或移动操作。
参数（Parameters）:
⚝ args... (Args&&...): 用于构造新元素的参数，参数类型和数量取决于元素类型的构造函数。
返回值（Return Value）:
⚝ reference: 对新添加元素的引用。
异常（Exceptions）:
⚝ 可能抛出元素构造过程中抛出的任何异常。
⚝ std::bad_alloc: 如果需要重新分配内存且分配失败，可能会抛出此异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
struct MyStruct {
5
int value;
6
MyStruct(int v) : value(v) {
7
std::cout << "MyStruct constructed with value: " << value << std::endl;
8
}
9
MyStruct(const MyStruct& other) : value(other.value) {
10
std::cout << "MyStruct copy constructed with value: " << value << std::endl;
11
}
12
MyStruct(MyStruct&& other) noexcept : value(other.value) {
13
std::cout << "MyStruct move constructed with value: " << value << std::endl;
14
}
15
};
16
17
int main() {
18
folly::SmallVector<MyStruct, 4> sv;
19
20
std::cout << "Using emplace_back:" << std::endl;
21
sv.emplace_back(10); // 就地构造 MyStruct 对象，避免拷贝或移动
22
23
std::cout << "Using push_back:" << std::endl;
24
MyStruct temp(20);
25
sv.push_back(temp); // 先构造临时对象，再拷贝到 SmallVector 中
26
27
std::cout << "SmallVector size: " << sv.size() << std::endl;
28
return 0;
29
}
输出 (输出可能因编译器优化而略有不同，但 emplace_back 应该避免拷贝构造):
1
Using emplace_back:
2
MyStruct constructed with value: 10
3
Using push_back:
4
MyStruct constructed with value: 20
5
MyStruct copy constructed with value: 20
6
SmallVector size: 2
要点（Key Points）:
① 高效的元素添加方法，尤其适用于元素类型构造复杂或开销较大的情况。
② 避免了临时对象的创建和拷贝或移动，直接在容器内部构造元素。
③ 时间复杂度与 push_back() 相同，平均为 \(O(1)\)，最坏情况为 \(O(n)\)。
④ emplace_back() 是 C++11 引入的特性。
5.4.3 pop_back()
函数签名（Function Signature）:
1
void pop_back();
描述（Description）:
pop_back() 函数移除 SmallVector 的最后一个元素。调用 pop_back() 之前，必须确保容器非空，否则行为未定义。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
无（None）
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
但如果容器为空，则行为未定义。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
6
7
if (!sv.empty()) {
8
sv.pop_back(); // 移除最后一个元素
9
std::cout << "SmallVector after pop_back: ";
10
for (int val : sv) {
11
std::cout << val << " ";
12
}
13
std::cout << std::endl;
14
std::cout << "Size: " << sv.size() << std::endl;
15
} else {
16
std::cout << "SmallVector is empty." << std::endl;
17
}
18
return 0;
19
}
输出:
1
SmallVector after pop_back: 10 20
2
Size: 2
要点（Key Points）:
① 移除末尾元素的常用方法，时间复杂度为 \(O(1)\)。
② 调用前必须确保容器非空，否则可能导致未定义行为。
③ pop_back() 只会减少 size()，不会改变 capacity()。
5.4.4 insert()
函数签名（Function Signature）:
1
iterator insert(const_iterator pos, const value_type& value);
2
iterator insert(const_iterator pos, value_type&& value);
3
iterator insert(const_iterator pos, size_type count, const value_type& value);
4
template <class InputIterator>
5
iterator insert(const_iterator pos, InputIterator first, InputIterator last);
6
iterator insert(const_iterator pos, std::initializer_list<value_type> il);
描述（Description）:
insert() 函数在 SmallVector 的指定位置 pos 插入一个或多个新元素。它提供了多个重载版本，支持插入单个元素、多个相同元素、范围内的元素以及初始化列表中的元素。
参数（Parameters）:
⚝ pos (const_iterator): 插入位置的迭代器。
⚝ value (const value_type& 或 value_type&&): 要插入的元素（单个元素插入版本）。
⚝ count (size_type): 要插入的元素数量（多个相同元素插入版本）。
⚝ first (InputIterator): 输入范围的起始迭代器（范围插入版本）。
⚝ last (InputIterator): 输入范围的结束迭代器（范围插入版本）。
⚝ il (std::initializer_list<value_type>): 初始化列表（初始化列表插入版本）。
返回值（Return Value）:
⚝ iterator: 指向新插入的第一个元素的迭代器，或者如果 count 为 0，则返回 pos。
异常（Exceptions）:
⚝ 可能抛出元素拷贝或移动过程中抛出的任何异常。
⚝ std::bad_alloc: 如果需要重新分配内存且分配失败，可能会抛出此异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <vector>
3
#include <iostream>
4
5
int main() {
6
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
7
8
// 插入单个元素
9
auto it1 = sv.insert(sv.begin() + 1, 15); // 在索引 1 处插入 15
10
std::cout << "SmallVector after single insert: ";
11
for (int val : sv) {
12
std::cout << val << " ";
13
}
14
std::cout << std::endl;
15
std::cout << "Iterator to inserted element: " << *it1 << std::endl;
16
17
// 插入多个相同元素
18
sv.insert(sv.end(), 2, 50); // 在末尾插入 2 个 50
19
std::cout << "SmallVector after multiple insert: ";
20
for (int val : sv) {
21
std::cout << val << " ";
22
}
23
std::cout << std::endl;
24
25
// 插入范围元素
26
std::vector<int> vec = {60, 70};
27
sv.insert(sv.begin(), vec.begin(), vec.end()); // 在开头插入 vector 的元素
28
std::cout << "SmallVector after range insert: ";
29
for (int val : sv) {
30
std::cout << val << " ";
31
}
32
std::cout << std::endl;
33
34
// 插入初始化列表元素
35
sv.insert(sv.begin() + 3, {80, 90}); // 在索引 3 处插入初始化列表的元素
36
std::cout << "SmallVector after initializer list insert: ";
37
for (int val : sv) {
38
std::cout << val << " ";
39
}
40
std::cout << std::endl;
41
42
return 0;
43
}
输出 (输出可能因实现而异，但元素插入位置和顺序符合预期):
1
SmallVector after single insert: 10 15 20 30
2
Iterator to inserted element: 15
3
SmallVector after multiple insert: 10 15 20 30 50 50
4
SmallVector after range insert: 60 70 10 15 20 30 50 50
5
SmallVector after initializer list insert: 60 70 10 80 90 15 20 30 50 50
要点（Key Points）:
① 在指定位置插入元素，时间复杂度平均为 \(O(n)\)（因为需要移动插入位置之后的元素）。
② 插入位置由迭代器指定，需要使用有效的迭代器。
③ 多个重载版本提供了灵活的插入方式。
④ 插入元素后，迭代器可能会失效，需要重新获取。
5.4.5 emplace()
函数签名（Function Signature）:
1
template <class... Args>
2
iterator emplace(const_iterator pos, Args&&... args);
描述（Description）:
emplace() 函数在 SmallVector 的指定位置 pos 就地构造一个新元素。与 emplace_back() 类似，它接受构造元素的参数，并在容器内部直接使用这些参数构造元素，避免了临时对象的创建和拷贝或移动操作。
参数（Parameters）:
⚝ pos (const_iterator): 插入位置的迭代器。
⚝ args... (Args&&...): 用于构造新元素的参数，参数类型和数量取决于元素类型的构造函数。
返回值（Return Value）:
⚝ iterator: 指向新插入元素的迭代器。
异常（Exceptions）:
⚝ 可能抛出元素构造过程中抛出的任何异常。
⚝ std::bad_alloc: 如果需要重新分配内存且分配失败，可能会抛出此异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
struct MyStruct {
5
int value;
6
MyStruct(int v) : value(v) {
7
std::cout << "MyStruct constructed with value: " << value << std::endl;
8
}
9
MyStruct(const MyStruct& other) : value(other.value) {
10
std::cout << "MyStruct copy constructed with value: " << value << std::endl;
11
}
12
MyStruct(MyStruct&& other) noexcept : value(other.value) {
13
std::cout << "MyStruct move constructed with value: " << value << std::endl;
14
}
15
};
16
17
int main() {
18
folly::SmallVector<MyStruct, 4> sv = {MyStruct(10), MyStruct(20)};
19
20
std::cout << "Using emplace:" << std::endl;
21
sv.emplace(sv.begin() + 1, 15); // 在索引 1 处就地构造 MyStruct 对象
22
23
std::cout << "SmallVector size: " << sv.size() << std::endl;
24
return 0;
25
}
输出 (输出可能因编译器优化而略有不同，但 emplace 应该避免拷贝构造):
1
MyStruct constructed with value: 10
2
MyStruct constructed with value: 20
3
Using emplace:
4
MyStruct constructed with value: 15
5
SmallVector size: 3
要点（Key Points）:
① 高效的元素插入方法，尤其适用于元素类型构造复杂或开销较大的情况。
② 避免了临时对象的创建和拷贝或移动，直接在容器内部构造元素。
③ 时间复杂度与 insert() 相同，平均为 \(O(n)\)。
④ emplace() 是 C++11 引入的特性。
5.4.6 erase()
函数签名（Function Signature）:
1
iterator erase(const_iterator pos);
2
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);
描述（Description）:
erase() 函数从 SmallVector 中移除指定位置或范围内的元素。它有两个重载版本：
⚝ 移除单个元素（通过迭代器 pos 指定位置）。
⚝ 移除范围内的元素（通过迭代器 [first, last) 指定范围）。
参数（Parameters）:
⚝ pos (const_iterator): 要移除元素的迭代器（单个元素移除版本）。
⚝ first (const_iterator): 要移除范围的起始迭代器（范围移除版本）。
⚝ last (const_iterator): 要移除范围的结束迭代器（范围移除版本）。
返回值（Return Value）:
⚝ iterator: 指向被移除元素之后元素的迭代器，或者如果移除的是最后一个元素，则返回 end()。
异常（Exceptions）:
⚝ 可能抛出元素析构过程中抛出的任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30, 40, 50};
6
7
// 移除单个元素
8
auto it1 = sv.erase(sv.begin() + 2); // 移除索引 2 的元素 (30)
9
std::cout << "SmallVector after single erase: ";
10
for (int val : sv) {
11
std::cout << val << " ";
12
}
13
std::cout << std::endl;
14
std::cout << "Iterator after erase: " << *it1 << std::endl; // 指向 40
15
16
// 移除范围元素
17
sv.erase(sv.begin(), sv.begin() + 2); // 移除前两个元素 (10, 20)
18
std::cout << "SmallVector after range erase: ";
19
for (int val : sv) {
20
std::cout << val << " ";
21
}
22
std::cout << std::endl;
23
24
return 0;
25
}
输出 (输出可能因实现而异，但元素移除位置和顺序符合预期):
1
SmallVector after single erase: 10 20 40 50
2
Iterator after erase: 40
3
SmallVector after range erase: 40 50
要点（Key Points）:
① 移除指定位置或范围内的元素，时间复杂度平均为 \(O(n)\)（因为需要移动被移除元素之后的元素）。
② 移除位置或范围由迭代器指定，需要使用有效的迭代器。
③ 移除元素后，迭代器可能会失效，需要重新获取。
④ 返回的迭代器指向被移除元素之后的位置，方便链式操作。
5.4.7 clear()
函数签名（Function Signature）:
1
void clear() noexcept;
描述（Description）:
clear() 函数移除 SmallVector 中的所有元素，使其变为空容器。容器的 size() 变为 0，但 capacity() 通常保持不变。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
无（None）
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
6
7
sv.clear(); // 清空 SmallVector
8
std::cout << "SmallVector after clear: ";
9
for (int val : sv) {
10
std::cout << val << " ";
11
}
12
std::cout << std::endl;
13
std::cout << "Size: " << sv.size() << std::endl;
14
std::cout << "Capacity: " << sv.capacity() << std::endl; // 容量通常不变
15
return 0;
16
}
输出 (输出可能因实现而异，但容量应该保持不变):
1
SmallVector after clear:
2
Size: 0
3
Capacity: 4
要点（Key Points）:
① 快速清空容器，时间复杂度为 \(O(n)\)（需要析构所有元素）。
② clear() 只会移除元素，不会释放已分配的内存空间，capacity() 通常保持不变。
③ 如果需要释放内存空间，可以考虑使用 shrink_to_fit()。
5.4.8 assign()
函数签名（Function Signature）:
1
void assign(size_type count, const value_type& value);
2
template <class InputIterator>
3
void assign(InputIterator first, InputIterator last);
4
void assign(std::initializer_list<value_type> il);
描述（Description）:
assign() 函数用新元素替换 SmallVector 的现有内容。它提供了多个重载版本，支持用多个相同元素、范围内的元素以及初始化列表中的元素进行赋值。
参数（Parameters）:
⚝ count (size_type): 要赋值的元素数量（多个相同元素赋值版本）。
⚝ value (const value_type&): 要赋值的元素值（多个相同元素赋值版本）。
⚝ first (InputIterator): 输入范围的起始迭代器（范围赋值版本）。
⚝ last (InputIterator): 输入范围的结束迭代器（范围赋值版本）。
⚝ il (std::initializer_list<value_type>): 初始化列表（初始化列表赋值版本）。
返回值（Return Value）:
无（None）
异常（Exceptions）:
⚝ 可能抛出元素拷贝过程中抛出的任何异常。
⚝ std::bad_alloc: 如果需要重新分配内存且分配失败，可能会抛出此异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <vector>
3
#include <iostream>
4
5
int main() {
6
folly::SmallVector<int, 4> sv;
7
8
// 使用多个相同元素赋值
9
sv.assign(3, 100); // 赋值 3 个 100
10
std::cout << "SmallVector after multiple assign: ";
11
for (int val : sv) {
12
std::cout << val << " ";
13
}
14
std::cout << std::endl;
15
16
// 使用范围元素赋值
17
std::vector<int> vec = {200, 300, 400, 500};
18
sv.assign(vec.begin(), vec.end()); // 使用 vector 的元素赋值
19
std::cout << "SmallVector after range assign: ";
20
for (int val : sv) {
21
std::cout << val << " ";
22
}
23
std::cout << std::endl;
24
25
// 使用初始化列表赋值
26
sv.assign({600, 700}); // 使用初始化列表赋值
27
std::cout << "SmallVector after initializer list assign: ";
28
for (int val : sv) {
29
std::cout << val << " ";
30
}
31
std::cout << std::endl;
32
33
return 0;
34
}
输出 (输出可能因实现而异，但元素赋值和顺序符合预期):
1
SmallVector after multiple assign: 100 100 100
2
SmallVector after range assign: 200 300 400 500
3
SmallVector after initializer list assign: 600 700
要点（Key Points）:
① 用新内容替换容器原有内容，时间复杂度取决于赋值元素的数量和类型。
② 多个重载版本提供了灵活的赋值方式。
③ 赋值后，容器的 size() 和 capacity() 可能会发生变化，以适应新的元素。
5.4.9 resize()
函数签名（Function Signature）:
1
void resize(size_type n);
2
void resize(size_type n, const value_type& value);
描述（Description）:
resize() 函数改变 SmallVector 的大小（size）为 n。它有两个重载版本：
⚝ resize(n): 如果 n 小于当前 size()，则移除末尾多余的元素；如果 n 大于当前 size()，则在末尾添加默认构造的元素。
⚝ resize(n, value): 如果 n 小于当前 size()，则移除末尾多余的元素；如果 n 大于当前 size()，则在末尾添加 value 的副本。
参数（Parameters）:
⚝ n (size_type): 新的容器大小。
⚝ value (const value_type&): 用于填充新增元素的默认值（可选，仅在第二个重载版本中使用）。
返回值（Return Value）:
无（None）
异常（Exceptions）:
⚝ 可能抛出元素拷贝或默认构造过程中抛出的任何异常。
⚝ std::bad_alloc: 如果需要重新分配内存且分配失败，可能会抛出此异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30, 40};
6
7
// 缩小 size
8
sv.resize(2); // 调整 size 为 2，移除末尾元素
9
std::cout << "SmallVector after resize(2): ";
10
for (int val : sv) {
11
std::cout << val << " ";
12
}
13
std::cout << std::endl;
14
std::cout << "Size: " << sv.size() << std::endl;
15
16
// 增大 size，使用默认值填充
17
sv.resize(5); // 调整 size 为 5，末尾添加默认构造的元素 (int 默认值为 0)
18
std::cout << "SmallVector after resize(5): ";
19
for (int val : sv) {
20
std::cout << val << " ";
21
}
22
std::cout << std::endl;
23
std::cout << "Size: " << sv.size() << std::endl;
24
25
// 增大 size，使用指定值填充
26
sv.resize(8, 100); // 调整 size 为 8，末尾添加 100
27
std::cout << "SmallVector after resize(8, 100): ";
28
for (int val : sv) {
29
std::cout << val << " ";
30
}
31
std::cout << std::endl;
32
std::cout << "Size: " << sv.size() << std::endl;
33
34
return 0;
35
}
输出 (输出可能因实现而异，但元素数量和值符合预期):
1
SmallVector after resize(2): 10 20
2
Size: 2
3
SmallVector after resize(5): 10 20 0 0 0
4
Size: 5
5
SmallVector after resize(8, 100): 10 20 0 0 0 100 100 100
6
Size: 8
要点（Key Points）:
① 改变容器的大小，可以增大或缩小。
② 增大 size 时，可以指定填充值，也可以使用默认构造值。
③ 缩小 size 时，会移除末尾元素，但 capacity() 通常保持不变。
5.4.10 swap()
函数签名（Function Signature）:
1
void swap(SmallVector& other) noexcept;
描述（Description）:
swap() 函数交换当前 SmallVector 对象与 other 对象的内容。交换操作通常非常高效，因为它只交换内部指针和容量等信息，而不需要拷贝或移动元素。
参数（Parameters）:
⚝ other (SmallVector&): 要交换内容的另一个 SmallVector 对象。
返回值（Return Value）:
无（None）
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv1 = {10, 20};
6
folly::SmallVector<int, 4> sv2 = {30, 40, 50};
7
8
std::cout << "Before swap:" << std::endl;
9
std::cout << "sv1: "; for (int val : sv1) std::cout << val << " "; std::cout << std::endl;
10
std::cout << "sv2: "; for (int val : sv2) std::cout << val << " "; std::cout << std::endl;
11
12
sv1.swap(sv2); // 交换 sv1 和 sv2 的内容
13
14
std::cout << "After swap:" << std::endl;
15
std::cout << "sv1: "; for (int val : sv1) std::cout << val << " "; std::cout << std::endl;
16
std::cout << "sv2: "; for (int val : sv2) std::cout << val << " "; std::cout << std::endl;
17
18
return 0;
19
}
输出:
1
Before swap:
2
sv1: 10 20
3
sv2: 30 40 50
4
After swap:
5
sv1: 30 40 50
6
sv2: 10 20
要点（Key Points）:
① 高效交换两个 SmallVector 对象的内容，时间复杂度为 \(O(1)\)。
② swap() 操作不会使迭代器、指针和引用失效，除非它们指向被交换的容器。
③ 常用于实现移动赋值运算符或优化算法。
5.5 迭代器函数详解（Iterator Functions Detailed Analysis）
SmallVector 提供了多种迭代器函数，用于遍历容器中的元素。迭代器是访问和操作容器元素的通用接口，是 C++ 标准库容器的重要组成部分。
5.5.1 begin()
函数签名（Function Signature）:
1
iterator begin() noexcept;
2
const_iterator begin() const noexcept;
描述（Description）:
begin() 函数返回指向 SmallVector 中第一个元素的迭代器。如果 SmallVector 为空，则返回的迭代器等于 end()。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ iterator: 指向第一个元素的迭代器（非 const 版本）。
⚝ const_iterator: 指向第一个元素的常量迭代器（const 版本）。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
6
7
for (auto it = sv.begin(); it != sv.end(); ++it) { // 使用 begin() 和 end() 遍历
8
std::cout << *it << " ";
9
}
10
std::cout << std::endl;
11
return 0;
12
}
输出:
1
10 20 30
要点（Key Points）:
① 返回指向容器起始位置的迭代器，用于遍历容器。
② begin() 返回的迭代器类型取决于 SmallVector 对象是否为 const。
③ 与 end() 配合使用，可以遍历整个容器。
5.5.2 end()
函数签名（Function Signature）:
1
iterator end() noexcept;
2
const_iterator end() const noexcept;
描述（Description）:
end() 函数返回指向 SmallVector 中最后一个元素之后位置的迭代器，即尾后迭代器（past-the-end iterator）。尾后迭代器本身不指向任何元素，通常用于表示遍历的结束。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ iterator: 尾后迭代器（非 const 版本）。
⚝ const_iterator: 尾后常量迭代器（const 版本）。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
6
7
for (auto it = sv.begin(); it != sv.end(); ++it) { // 使用 begin() 和 end() 遍历
8
std::cout << *it << " ";
9
}
10
std::cout << std::endl;
11
return 0;
12
}
输出:
1
10 20 30
要点（Key Points）:
① 返回指向容器末尾之后位置的迭代器，用于判断遍历是否结束。
② end() 返回的迭代器类型取决于 SmallVector 对象是否为 const。
③ 尾后迭代器不能解引用。
5.5.3 cbegin()
函数签名（Function Signature）:
1
const_iterator cbegin() const noexcept;
描述（Description）:
cbegin() 函数返回指向 SmallVector 中第一个元素的常量迭代器（const_iterator）。即使 SmallVector 对象本身不是 const，cbegin() 也总是返回常量迭代器，用于只读遍历。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ const_iterator: 指向第一个元素的常量迭代器。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
6
7
for (auto it = sv.cbegin(); it != sv.cend(); ++it) { // 使用 cbegin() 和 cend() 遍历
8
std::cout << *it << " "; // 只能读取元素，不能修改
9
// *it = 100; // 错误：常量迭代器不能修改元素
10
}
11
std::cout << std::endl;
12
return 0;
13
}
输出:
1
10 20 30
要点（Key Points）:
① 返回常量迭代器，用于只读遍历，保证不会意外修改元素。
② cbegin() 总是返回 const_iterator，即使对非 const 对象调用。
③ 与 cend() 配合使用，进行只读遍历。
5.5.4 cend()
函数签名（Function Signature）:
1
const_iterator cend() const noexcept;
描述（Description）:
cend() 函数返回指向 SmallVector 中最后一个元素之后位置的常量迭代器（const_iterator），即尾后常量迭代器（const_past-the-end iterator）。即使 SmallVector 对象本身不是 const，cend() 也总是返回常量迭代器，用于只读遍历。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ const_iterator: 尾后常量迭代器。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
6
7
for (auto it = sv.cbegin(); it != sv.cend(); ++it) { // 使用 cbegin() 和 cend() 遍历
8
std::cout << *it << " ";
9
}
10
std::cout << std::endl;
11
return 0;
12
}
输出:
1
10 20 30
要点（Key Points）:
① 返回尾后常量迭代器，用于只读遍历的结束判断。
② cend() 总是返回 const_iterator，即使对非 const 对象调用。
③ 尾后常量迭代器不能解引用。
5.5.5 rbegin()
函数签名（Function Signature）:
1
reverse_iterator rbegin() noexcept;
2
const_reverse_iterator rbegin() const noexcept;
描述（Description）:
rbegin() 函数返回指向 SmallVector 中最后一个元素的反向迭代器（reverse_iterator）。反向迭代器从容器的末尾开始向前遍历。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ reverse_iterator: 指向最后一个元素的反向迭代器（非 const 版本）。
⚝ const_reverse_iterator: 指向最后一个元素的常量反向迭代器（const 版本）。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
6
7
for (auto it = sv.rbegin(); it != sv.rend(); ++it) { // 使用 rbegin() 和 rend() 反向遍历
8
std::cout << *it << " ";
9
}
10
std::cout << std::endl;
11
return 0;
12
}
输出:
1
30 20 10
要点（Key Points）:
① 返回反向迭代器，用于从后向前遍历容器。
② rbegin() 返回的迭代器类型取决于 SmallVector 对象是否为 const。
③ 与 rend() 配合使用，进行反向遍历。
5.5.6 rend()
函数签名（Function Signature）:
1
reverse_iterator rend() noexcept;
2
const_reverse_iterator rend() const noexcept;
描述（Description）:
rend() 函数返回指向 SmallVector 中第一个元素之前位置的反向迭代器（reverse_iterator），即反向尾后迭代器（reverse_past-the-end iterator）。反向尾后迭代器本身不指向任何元素，通常用于表示反向遍历的结束。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ reverse_iterator: 反向尾后迭代器（非 const 版本）。
⚝ const_reverse_iterator: 反向尾后常量迭代器（const 版本）。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
6
7
for (auto it = sv.rbegin(); it != sv.rend(); ++it) { // 使用 rbegin() 和 rend() 反向遍历
8
std::cout << *it << " ";
9
}
10
std::cout << std::endl;
11
return 0;
12
}
输出:
1
30 20 10
要点（Key Points）:
① 返回反向尾后迭代器，用于反向遍历的结束判断。
② rend() 返回的迭代器类型取决于 SmallVector 对象是否为 const。
③ 反向尾后迭代器不能解引用。
5.5.7 crbegin()
函数签名（Function Signature）:
1
const_reverse_iterator crbegin() const noexcept;
描述（Description）:
crbegin() 函数返回指向 SmallVector 中最后一个元素的常量反向迭代器（const_reverse_iterator）。即使 SmallVector 对象本身不是 const，crbegin() 也总是返回常量反向迭代器，用于只读反向遍历。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ const_reverse_iterator: 指向最后一个元素的常量反向迭代器。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
6
7
for (auto it = sv.crbegin(); it != sv.crend(); ++it) { // 使用 crbegin() 和 crend() 反向只读遍历
8
std::cout << *it << " "; // 只能读取元素，不能修改
9
// *it = 100; // 错误：常量反向迭代器不能修改元素
10
}
11
std::cout << std::endl;
12
return 0;
13
}
输出:
1
30 20 10
要点（Key Points）:
① 返回常量反向迭代器，用于只读反向遍历，保证不会意外修改元素。
② crbegin() 总是返回 const_reverse_iterator，即使对非 const 对象调用。
③ 与 crend() 配合使用，进行只读反向遍历。
5.5.8 crend()
函数签名（Function Signature）:
1
const_reverse_iterator crend() const noexcept;
描述（Description）:
crend() 函数返回指向 SmallVector 中第一个元素之前位置的常量反向迭代器（const_reverse_iterator），即反向尾后常量迭代器（const_reverse_past-the-end iterator）。即使 SmallVector 对象本身不是 const，crend() 也总是返回常量反向迭代器，用于只读反向遍历。
参数（Parameters）:
无（None）
返回值（Return Value）:
⚝ const_reverse_iterator: 反向尾后常量迭代器。
异常（Exceptions）:
noexcept - 此函数保证不抛出任何异常。
代码示例（Code Example）:
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
int main() {
5
folly::SmallVector<int, 4> sv = {10, 20, 30};
6
7
for (auto it = sv.crbegin(); it != sv.crend(); ++it) { // 使用 crbegin() 和 crend() 反向只读遍历
8
std::cout << *it << " ";
9
}
10
std::cout << std::endl;
11
return 0;
12
}
输出:
1
30 20 10
要点（Key Points）:
① 返回反向尾后常量迭代器，用于只读反向遍历的结束判断。
② crend() 总是返回 const_reverse_iterator，即使对非 const 对象调用。
③ 反向尾后常量迭代器不能解引用。
END_OF_CHAPTER
6. chapter 6： SmallVector 常见问题与最佳实践（SmallVector Common Problems and Best Practices）
6.1 常见错误用法与陷阱（Common Misuse and Pitfalls）：避免 SmallVector 使用中的常见错误
SmallVector 作为一种高效且灵活的容器，在许多场景下都能提供优异的性能。然而，不当的使用方式可能会导致性能下降，甚至引入难以调试的错误。本节将深入探讨 SmallVector 常见的错误用法与陷阱，帮助读者避免这些问题，写出更健壮、更高效的代码。
6.1.1 未充分理解 Capacity 模板参数的影响（Insufficient Understanding of Capacity Template Parameter）
SmallVector 最核心的特性之一就是其固定的栈上容量 Capacity。初学者最容易犯的错误就是没有充分理解 Capacity 模板参数的意义，导致在不合适的场景下使用了 SmallVector，或者设置了不合理的 Capacity 值。
① 误用场景：大规模数据存储
SmallVector 的设计初衷是为了处理小规模数据，当数据规模超过 Capacity 时，SmallVector 会退化为在堆上分配内存，此时其性能优势会大打折扣。如果需要存储大规模数据，std::vector 或 FBVector 等动态数组才是更合适的选择。
② Capacity 设置过小
如果 Capacity 设置得过小，频繁超出栈上容量会导致 SmallVector 频繁地进行堆内存分配和数据拷贝，这会显著降低性能，甚至比 std::vector 更慢。
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
#include <chrono>
4
#include <vector>
5
6
using namespace folly;
7
using namespace std;
8
using namespace std::chrono;
9
10
int main() {
11
// Capacity 设置过小的 SmallVector
12
SmallVector<int, 4> sv_small_capacity;
13
vector<int> vec;
14
15
auto start_sv = high_resolution_clock::now();
16
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
17
sv_small_capacity.push_back(i); // 频繁堆分配
18
}
19
auto end_sv = high_resolution_clock::now();
20
auto duration_sv = duration_cast<microseconds>(end_sv - start_sv);
21
22
auto start_vec = high_resolution_clock::now();
23
for (int i = 0; i < 10000; ++i) {
24
vec.push_back(i);
25
}
26
auto end_vec = high_resolution_clock::now();
27
auto duration_vec = duration_cast<microseconds>(end_vec - start_vec);
28
29
cout << "SmallVector (small capacity) push_back duration: " << duration_sv.count() << " microseconds" << endl;
30
cout << "std::vector push_back duration: " << duration_vec.count() << " microseconds" << endl;
31
32
return 0;
33
}
在这个例子中，SmallVector 的 Capacity 设置为 4，当循环次数达到 10000 时，SmallVector 会频繁进行堆分配，导致性能下降。std::vector 由于其动态扩容机制，性能表现反而更好。
③ Capacity 设置过大
虽然 Capacity 设置过小会频繁触发堆分配，但 Capacity 也不是越大越好。过大的 Capacity 会占用更多的栈空间。栈空间通常是有限的资源，过量占用栈空间可能导致栈溢出（Stack Overflow）的风险，尤其是在递归调用或多线程环境下。此外，即使没有栈溢出，过大的栈上对象也会增加函数调用的开销，因为函数调用时需要在栈上分配空间。
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
using namespace folly;
5
using namespace std;
6
7
void large_small_vector() {
8
// Capacity 设置过大的 SmallVector
9
SmallVector<int, 1024 * 1024> sv_large_capacity; // 占用 4MB 栈空间 (假设 int 4 字节)
10
cout << "Large SmallVector created on stack." << endl;
11
}
12
13
int main() {
14
large_small_vector();
15
return 0;
16
}
如果 large_small_vector 函数被频繁调用，或者在栈空间有限的环境下，就可能引发栈溢出问题。
最佳实践：
⚝ 评估数据规模：在使用 SmallVector 之前，务必评估你的数据规模。如果数据规模通常较小且可预测，SmallVector 是一个很好的选择。如果数据规模波动较大或可能很大，std::vector 或其他动态容器可能更合适。
⚝ 合理设置 Capacity：根据实际应用场景，选择一个合适的 Capacity 值。Capacity 应该足够大，以容纳绝大多数情况下的数据，同时又不能过大，以免浪费栈空间。可以通过性能测试和 профилирование (profiling) 来找到最佳的 Capacity 值。
⚝ 考虑使用 constexpr Capacity：如果 Capacity 在编译时是已知的，可以使用 constexpr 来定义 Capacity，这样可以进一步提升性能，并允许编译器进行更多的优化。
6.1.2 迭代器失效问题（Iterator Invalidation Issues）
与 std::vector 类似，SmallVector 在进行某些操作时，也可能导致迭代器失效。理解迭代器失效的场景，并编写避免迭代器失效的代码，是使用 SmallVector 的重要一环。
① 插入元素导致迭代器失效
当向 SmallVector 中插入元素时，如果插入位置之前的元素数量加上插入元素数量超过了 Capacity，SmallVector 可能会发生内存重分配（从栈上到堆上，或者堆上重新分配更大的空间）。内存重分配会导致原有内存块失效，因此指向原有内存块的迭代器也会失效。即使没有内存重分配，在 insert 操作之后，插入位置及其后的所有元素的迭代器都可能失效，因为元素的位置发生了移动。
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
using namespace folly;
5
using namespace std;
6
7
int main() {
8
SmallVector<int, 4> sv = {1, 2, 3, 4};
9
auto it = sv.begin();
10
++it; // 指向元素 2
11
12
sv.insert(sv.begin(), 0); // 在头部插入元素，可能导致迭代器失效
13
14
// 错误用法：使用可能失效的迭代器
15
// cout << *it << endl; // 可能崩溃或输出错误结果
16
17
// 正确用法：重新获取迭代器
18
it = sv.begin();
19
++it;
20
cout << *it << endl; // 正确输出 2
21
22
return 0;
23
}
在 insert 操作之后，之前的迭代器 it 可能已经失效。尝试解引用失效的迭代器会导致未定义行为。正确的做法是在 insert 操作后，重新获取迭代器。
② 删除元素导致迭代器失效
从 SmallVector 中删除元素，特别是使用 erase 函数删除元素时，被删除元素及其后的所有元素的迭代器都会失效。
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
using namespace folly;
5
using namespace std;
6
7
int main() {
8
SmallVector<int, 4> sv = {1, 2, 3, 4, 5};
9
auto it = sv.begin();
10
++it; // 指向元素 2
11
12
sv.erase(sv.begin()); // 删除头部元素，导致迭代器失效
13
14
// 错误用法：使用可能失效的迭代器
15
// cout << *it << endl; // 可能崩溃或输出错误结果
16
17
// 正确用法：重新获取迭代器或使用 erase 的返回值
18
it = sv.begin(); // 重新获取迭代器
19
cout << *it << endl; // 正确输出 2
20
21
// 或者使用 erase 的返回值，erase 返回指向被删除元素之后元素的迭代器
22
sv = {1, 2, 3, 4, 5};
23
it = sv.begin();
24
++it;
25
it = sv.erase(sv.begin()); // it 指向原元素 2 的位置，现在是元素 2 的下一个元素，即原元素 3
26
27
cout << *it << endl; // 正确输出 3 (如果容器不为空)
28
29
return 0;
30
}
erase 操作会使被删除元素及其后的元素的迭代器失效。为了安全地继续使用迭代器，可以重新获取迭代器，或者使用 erase 函数的返回值，它返回指向被删除元素之后元素的有效迭代器。
最佳实践：
⚝ 谨慎使用迭代器：在进行可能导致迭代器失效的操作（如 insert, erase, push_back 等）之后，不要继续使用之前的迭代器，除非你非常清楚迭代器仍然有效。
⚝ 使用基于索引的循环：在某些情况下，可以使用基于索引的循环来代替迭代器循环，这样可以避免迭代器失效的问题。但是，基于索引的循环可能不如迭代器循环灵活。
⚝ 关注 API 文档：仔细阅读 SmallVector 的 API 文档，了解哪些操作可能导致迭代器失效，以及失效的具体规则。
6.1.3 拷贝与移动语义的误用（Misuse of Copy and Move Semantics）
C++11 引入了移动语义，旨在减少不必要的拷贝操作，提升性能。SmallVector 也充分利用了移动语义。然而，如果对拷贝和移动语义理解不足，可能会导致性能下降，甚至产生逻辑错误。
① 不必要的拷贝
在某些情况下，本可以进行移动操作的场景，却错误地进行了拷贝操作，导致性能损失。例如，当向 SmallVector 中插入一个临时对象时，应该使用移动语义，但如果代码写成了拷贝语义，就会产生额外的开销。
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
#include <string>
4
5
using namespace folly;
6
using namespace std;
7
8
struct MyString {
9
string data;
10
MyString(const string& s) : data(s) {
11
cout << "MyString copy constructor called" << endl;
12
}
13
MyString(string&& s) : data(move(s)) {
14
cout << "MyString move constructor called" << endl;
15
}
16
};
17
18
int main() {
19
SmallVector<MyString, 4> sv;
20
string temp_str = "hello";
21
22
cout << "Pushing back a temporary string (copy):" << endl;
23
sv.push_back(MyString(temp_str)); // 调用拷贝构造函数
24
25
cout << "\nPushing back a temporary string (move):" << endl;
26
sv.emplace_back(temp_str); // 调用移动构造函数 (in-place 构造)
27
28
return 0;
29
}
在第一个 push_back 中，由于使用了 MyString(temp_str) 显式构造了一个临时对象，但 push_back 接收的是左值引用，因此会调用拷贝构造函数。而在 emplace_back 中，直接在 SmallVector 内部构造对象，并使用了移动语义，避免了拷贝。
② 移动后对象的状态
移动操作会将源对象的状态转移到目标对象，移动后的源对象通常处于有效但未指定的状态。这意味着，移动后的源对象仍然可以析构，但不能再安全地访问其内容。如果错误地使用了移动后的源对象，可能会导致未定义行为。
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
#include <string>
4
5
using namespace folly;
6
using namespace std;
7
8
int main() {
9
SmallVector<string, 4> sv1 = {"hello", "world"};
10
SmallVector<string, 4> sv2 = move(sv1); // 移动 sv1 到 sv2
11
12
// 错误用法：访问移动后的 sv1
13
// cout << sv1[0] << endl; // 未定义行为
14
15
cout << "sv2[0]: " << sv2[0] << endl; // 正确访问 sv2
16
17
return 0;
18
}
在移动操作 move(sv1) 后，sv1 的状态变得未指定，访问 sv1 的元素是未定义行为。应该只访问移动后的目标对象 sv2。
最佳实践：
⚝ 理解拷贝与移动语义：深入理解 C++ 的拷贝构造函数、移动构造函数、拷贝赋值运算符和移动赋值运算符，以及它们在不同场景下的调用时机。
⚝ 优先使用移动语义：在可以进行移动操作的场景下，优先使用移动语义，例如使用 std::move 显式移动，或者使用 emplace_back 等 in-place 构造函数。
⚝ 避免使用移动后的源对象：在移动操作后，不要再访问源对象的内容，除非你明确知道源对象的状态是可用的。
6.1.4 异常安全性的考虑（Exception Safety Considerations）
异常安全性是编写健壮 C++ 代码的重要方面。SmallVector 在设计时考虑了异常安全性，但开发者在使用 SmallVector 时，仍然需要注意异常安全编程的实践。
① 强异常安全保证
SmallVector 的某些操作，例如 push_back, emplace_back, insert 等，在分配内存或构造元素时，可能会抛出异常。在这些操作中，SmallVector 通常提供强异常安全保证，即如果操作抛出异常，程序的状态不会发生改变（"commit or rollback"）。例如，如果 push_back 在分配内存时抛出异常，SmallVector 的状态仍然保持不变，之前 push_back 的元素不会被添加到 SmallVector 中。
② 基本异常安全保证
SmallVector 的另一些操作，例如 erase, pop_back, clear 等，通常提供基本异常安全保证，即如果操作抛出异常，程序不会崩溃，资源不会泄漏，但程序的状态可能发生改变。例如，如果 erase 操作在删除元素的过程中抛出异常，SmallVector 的状态可能是不一致的，但程序仍然可以继续运行。
③ noexcept 操作
SmallVector 的某些操作被标记为 noexcept，例如移动构造函数、移动赋值运算符、析构函数等。这意味着这些操作保证不会抛出异常。noexcept 操作对于编写异常安全的代码非常重要，因为它可以简化异常处理逻辑，并允许编译器进行更多的优化。
最佳实践：
⚝ 了解异常安全级别：了解 SmallVector 各个 API 的异常安全级别（强异常安全、基本异常安全、noexcept），以便在编写代码时做出正确的异常处理决策。
⚝ RAII 原则：遵循 RAII (Resource Acquisition Is Initialization) 原则，使用对象来管理资源，确保资源在异常情况下也能被正确释放。SmallVector 本身就是一个 RAII 容器，它负责管理其内部的内存资源。
⚝ 编写异常安全的代码：在编写使用 SmallVector 的代码时，要考虑异常情况，并编写异常安全的代码，例如使用 try-catch 块捕获和处理异常，避免资源泄漏和程序崩溃。
6.2 性能调优技巧（Performance Tuning Tips）：提升 SmallVector 应用性能的实用技巧
SmallVector 的设计目标之一就是高性能。为了充分发挥 SmallVector 的性能优势，开发者需要掌握一些性能调优技巧。本节将介绍一些实用的 SmallVector 性能调优技巧，帮助读者写出更高效的代码。
6.2.1 合理预估并设置 Capacity（Estimating and Setting Capacity Appropriately）
如前所述，Capacity 模板参数是 SmallVector 性能的关键。合理预估并设置 Capacity 是性能调优的首要步骤。
① 统计分析
通过统计分析实际应用场景中的数据规模，可以预估 SmallVector 需要的 Capacity。例如，如果已知在 99% 的情况下，数据规模不会超过 16，那么可以将 Capacity 设置为 16。
② профилирование (Profiling)
使用性能 профилирование 工具（如 Google Performance Tools, Valgrind 等）来分析程序的性能瓶颈。通过 профилирование，可以了解 SmallVector 的内存分配情况，以及是否频繁发生堆分配。根据 профилирование 结果，调整 Capacity 值，直到性能达到最佳。
③ 动态调整 Capacity (谨慎使用)
在某些特殊情况下，如果无法预先确定最佳 Capacity，可以考虑动态调整 Capacity。例如，可以先使用一个较小的 Capacity，当 SmallVector 发生堆分配时，再动态地增加 Capacity。但是，动态调整 Capacity 会增加代码的复杂性，并且可能引入新的性能问题，因此需要谨慎使用。
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
4
using namespace folly;
5
using namespace std;
6
7
template <typename T, size_t InitialCapacity>
8
class DynamicCapacitySmallVector : public SmallVector<T, InitialCapacity> {
9
public:
10
using Base = SmallVector<T, InitialCapacity>;
11
using Base::Base;
12
13
void push_back(const T& value) {
14
if (this->full()) {
15
// 动态增加 Capacity (例如翻倍)
16
this->reserve(this->capacity() * 2); // 堆分配
17
}
18
Base::push_back(value);
19
}
20
21
void push_back(T&& value) {
22
if (this->full()) {
23
this->reserve(this->capacity() * 2);
24
}
25
Base::push_back(move(value));
26
}
27
};
28
29
int main() {
30
DynamicCapacitySmallVector<int, 4> dyn_sv;
31
for (int i = 0; i < 100; ++i) {
32
dyn_sv.push_back(i); // 初始 Capacity 为 4，超出后动态扩容
33
}
34
cout << "DynamicCapacitySmallVector size: " << dyn_sv.size() << ", capacity: " << dyn_sv.capacity() << endl;
35
36
return 0;
37
}
DynamicCapacitySmallVector 类继承自 SmallVector，并在 push_back 操作中动态地增加 Capacity。这种方法可以应对数据规模不确定的情况，但需要权衡性能和复杂性。
最佳实践：
⚝ 优先静态 Capacity：尽可能在编译时确定 Capacity，并使用静态 Capacity 的 SmallVector。
⚝ 合理预估 Capacity：通过统计分析和 профилирование，合理预估并设置 Capacity。
⚝ 谨慎动态 Capacity：只有在必要时才考虑动态调整 Capacity，并仔细评估其性能影响。
6.2.2 使用移动语义减少拷贝（Using Move Semantics to Reduce Copies）
移动语义是提升 SmallVector 性能的有效手段。在元素插入、赋值等操作中，尽可能使用移动语义，可以减少不必要的拷贝开销。
① emplace_back 和 emplace
使用 emplace_back 和 emplace 函数进行元素插入，可以直接在 SmallVector 内部构造元素，避免临时对象的产生和拷贝。
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
#include <string>
4
5
using namespace folly;
6
using namespace std;
7
8
struct MyObject {
9
string data;
10
MyObject(const string& s) : data(s) {
11
cout << "MyObject copy constructor" << endl;
12
}
13
MyObject(string&& s) : data(move(s)) {
14
cout << "MyObject move constructor" << endl;
15
}
16
};
17
18
int main() {
19
SmallVector<MyObject, 4> sv;
20
string temp_str = "hello";
21
22
cout << "push_back (copy):" << endl;
23
sv.push_back(MyObject(temp_str)); // 拷贝构造
24
25
cout << "\nemplace_back (move):" << endl;
26
sv.emplace_back(temp_str); // 移动构造 (in-place)
27
28
return 0;
29
}
emplace_back 直接在 SmallVector 内部构造 MyObject 对象，调用的是移动构造函数，避免了拷贝。
② std::move
在将对象插入或赋值给 SmallVector 时，可以使用 std::move 将对象转换为右值引用，强制进行移动操作。
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
#include <string>
4
5
using namespace folly;
6
using namespace std;
7
8
int main() {
9
SmallVector<string, 4> sv1 = {"hello"};
10
SmallVector<string, 4> sv2;
11
12
cout << "Copy assignment:" << endl;
13
sv2 = sv1; // 拷贝赋值
14
15
cout << "\nMove assignment:" << endl;
16
SmallVector<string, 4> sv3;
17
sv3 = move(sv1); // 移动赋值
18
19
return 0;
20
}
move(sv1) 将 sv1 转换为右值引用，使得赋值操作 sv3 = move(sv1) 调用移动赋值运算符，而不是拷贝赋值运算符。
最佳实践：
⚝ 优先使用 emplace_back 和 emplace：在插入元素时，尽可能使用 emplace_back 和 emplace。
⚝ 显式使用 std::move：在需要移动语义的场景下，显式使用 std::move。
⚝ 自定义类型的移动语义：对于自定义类型，确保正确实现移动构造函数和移动赋值运算符，以便 SmallVector 可以充分利用移动语义。
6.2.3 避免不必要的内存分配（Avoiding Unnecessary Memory Allocations）
内存分配是昂贵的操作。SmallVector 的栈上存储特性可以减少堆内存分配，但仍然需要注意避免不必要的内存分配。
① reserve 预分配空间
如果预先知道 SmallVector 大概需要存储多少元素，可以使用 reserve 函数预先分配足够的空间。reserve 可以减少因容量不足而导致的内存重分配次数。
1
#include <folly/container/SmallVector.h>
2
#include <iostream>
3
#include <vector>
4
#include <chrono>
5
6
using namespace folly;
7
using namespace std;
8
using namespace std::chrono;
9
10
int main() {
11
// 不使用 reserve
12
SmallVector<int, 16> sv1;
13
auto start1 = high_resolution_clock::now();
14
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
15
sv1.push_back(i);
16
}
17
auto end1 = high_resolution_clock::now();
18
auto duration1 = duration_cast<microseconds>(end1 - start1);
19
20
// 使用 reserve 预分配空间
21
SmallVector<int, 16> sv2;
22
sv2.reserve(1000); // 预分配 1000 个元素的空间 (堆上)
23
auto start2 = high_resolution_clock::now();
24
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
25
sv2.push_back(i);
26
}
27
auto end2 = high_resolution_clock::now();
28
auto duration2 = duration_cast<microseconds>(end2 - start2);
29
30
cout << "Without reserve duration: " << duration1.count() << " microseconds" << endl;
31
cout << "With reserve duration: " << duration2.count() << " microseconds" << endl;
32
33
return 0;
34
}
在循环插入大量元素之前，使用 reserve 预分配空间，可以显著减少内存重分配的次数，提升性能。
② 避免频繁的 insert 和 erase 操作
insert 和 erase 操作通常需要移动元素，如果频繁进行这些操作，会产生额外的开销。在性能敏感的场景下，应尽量避免频繁的 insert 和 erase 操作。如果需要频繁进行插入和删除操作，可以考虑使用 std::deque 或 std::list 等其他容器。
③ shrink_to_fit 释放多余空间
当 SmallVector 的容量远大于实际元素数量时，可以使用 shrink_to_fit 函数释放多余的堆内存空间。shrink_to_fit 可以减少内存占用，但可能会导致内存重分配，因此需要权衡使用。
最佳实践：
⚝ 使用 reserve 预分配空间：在预知数据规模的情况下，使用 reserve 预分配空间。
⚝ 减少 insert 和 erase 操作：尽量避免频繁的 insert 和 erase 操作。
⚝ 谨慎使用 shrink_to_fit：在内存敏感的场景下，可以考虑使用 shrink_to_fit 释放多余空间，但需要注意其性能影响。
6.2.4 自定义分配器 (Custom Allocator) (高级技巧)
对于高级用户，可以考虑使用自定义分配器 (Custom Allocator) 来进一步优化 SmallVector 的内存管理。自定义分配器可以实现更精细的内存控制，例如使用内存池、共享内存等。
① 内存池分配器
内存池分配器可以预先分配一大块内存，然后从中分配小块内存。内存池分配器可以减少内存分配和释放的开销，提高内存分配效率。
② 共享内存分配器
在多进程或跨进程通信的场景下，可以使用共享内存分配器，将 SmallVector 的数据存储在共享内存中，实现进程间的数据共享。
最佳实践：
⚝ 了解自定义分配器：深入了解 C++ 的自定义分配器机制，以及其在内存管理中的作用。
⚝ 根据场景选择分配器：根据实际应用场景，选择合适的自定义分配器，例如内存池分配器、共享内存分配器等。
⚝ 谨慎使用自定义分配器：自定义分配器是高级技巧，使用不当可能会引入新的问题。只有在对内存管理有深入理解，并且性能瓶颈确实在内存分配时，才考虑使用自定义分配器。
6.3 与其他容器的选择：std::vector, std::array, std::deque 等（Choosing between SmallVector and other containers: std::vector, std::array, std::deque, etc.）：根据不同场景选择最合适的容器
C++ 标准库提供了多种容器，每种容器都有其特定的适用场景。SmallVector 虽然在某些场景下具有优势，但并非万能容器。本节将 SmallVector 与 std::vector, std::array, std::deque 等常用容器进行对比，帮助读者根据不同场景选择最合适的容器。
6.3.1 SmallVector vs std::vector
std::vector 是 C++ 标准库中最常用的动态数组容器。SmallVector 与 std::vector 都是动态数组，但在内存分配策略上有所不同。
| 特性 | SmallVector | std::vector |
|---|---|---|
| 内存分配 | 栈上 + 堆上 | 堆上 |
| 容量 | 编译时固定栈上容量，运行时动态堆容量 | 运行时动态堆容量 |
| 性能 | 小规模数据栈上分配，性能高；大规模数据堆分配，性能接近 std::vector | 堆分配，性能稳定，但小规模数据可能略逊于 SmallVector |
| 适用场景 | 小规模数据为主，偶尔有大规模数据的场景 | 大规模数据为主，数据规模波动较大的场景 |
| 栈溢出风险 | 有，Capacity 过大可能导致栈溢出 | 无 |
| 编译时容量优化 | 可以通过 constexpr Capacity 进行编译时优化 | 无 |
选择建议：
⚝ 优先 SmallVector (小规模数据)：如果数据规模通常较小（例如几十个元素以内），且对性能要求较高，优先选择 SmallVector。
⚝ std::vector (大规模数据)：如果数据规模较大或波动较大，或者不确定数据规模，选择 std::vector 更安全可靠。
⚝ 混合使用：在某些复杂场景下，可以混合使用 SmallVector 和 std::vector。例如，可以使用 SmallVector 作为局部变量，处理小规模数据；使用 std::vector 作为类成员变量，处理大规模数据。
6.3.2 SmallVector vs std::array
std::array 是 C++ 标准库中的固定大小数组容器。std::array 的大小在编译时确定，存储在栈上，与 C 风格数组类似，但提供了更安全的接口和标准库容器的便利性。
| 特性 | SmallVector | std::array |
|---|---|---|
| 内存分配 | 栈上 + 堆上 | 栈上 |
| 容量 | 编译时固定栈上容量，运行时动态堆容量 | 编译时固定大小 |
| 大小可变性 | 运行时可动态增长 (超出 Capacity 后) | 编译时固定大小，不可动态增长 |
| 性能 | 小规模数据栈上分配，性能高；可动态增长 | 栈上分配，性能极高，编译时大小确定 |
| 适用场景 | 小规模数据为主，偶尔需要动态增长的场景 | 编译时大小已知，不需要动态增长的场景 |
| 栈溢出风险 | 有，Capacity 过大可能导致栈溢出 | 有，std::array 大小过大可能导致栈溢出 |
| 灵活性 | 比 std::array 更灵活，可动态增长 | 灵活性较低，大小固定 |
选择建议：
⚝ 优先 std::array (固定大小)：如果数组大小在编译时已知，且不需要动态增长，优先选择 std::array。std::array 的性能通常是最高的，且类型安全。
⚝ SmallVector (小规模动态)：如果数据规模通常较小，但偶尔需要动态增长，选择 SmallVector。
⚝ 避免混淆：std::array 的大小是模板参数，必须在编译时确定；SmallVector 的 Capacity 也是模板参数，但超出 Capacity 后可以动态增长。不要将两者混淆。
6.3.3 SmallVector vs std::deque
std::deque (双端队列) 是一种动态数组容器，支持在头部和尾部高效地插入和删除元素。std::deque 的内存分配策略与 std::vector 和 SmallVector 不同，std::deque 通常由多个独立的内存块组成。
| 特性 | SmallVector | std::deque |
|---|---|---|
| 内存分配 | 栈上 + 堆上 | 多个堆内存块 |
| 容量 | 编译时固定栈上容量，运行时动态堆容量 | 运行时动态增长，分块分配 |
| 插入/删除 | 尾部高效插入/删除，中间插入/删除可能较慢 | 头部和尾部高效插入/删除，中间插入/删除可能较慢 |
| 内存连续性 | 栈上或堆上连续内存 | 内存不保证连续 |
| 迭代器失效 | 插入/删除可能导致迭代器失效 | 头部或尾部插入/删除可能导致迭代器失效 |
| 适用场景 | 小规模数据为主，偶尔有大规模数据，尾部操作为主 | 需要在头部和尾部频繁插入/删除元素的场景 |
| 性能 | 小规模数据栈上分配，性能高；尾部操作高效 | 头部和尾部操作高效，但随机访问性能可能略逊于 vector |
选择建议：
⚝ SmallVector (小规模尾部操作)：如果数据规模通常较小，且主要在尾部进行插入和删除操作，可以选择 SmallVector。
⚝ std::deque (双端操作)：如果需要在头部和尾部频繁进行插入和删除操作，std::deque 是更合适的选择。
⚝ std::vector (随机访问)：如果需要频繁进行随机访问，且插入和删除操作较少，std::vector 通常是更好的选择，因为 std::vector 的内存是连续的，随机访问性能更高。
6.3.4 其他容器
除了 std::vector, std::array, std::deque 之外，C++ 标准库还提供了其他容器，例如 std::list, std::forward_list, std::set, std::map 等。这些容器各有特点，适用于不同的场景。
⚝ std::list 和 std::forward_list (链表)：适用于频繁在任意位置插入和删除元素的场景，但随机访问性能较差。
⚝ std::set 和 std::map (关联容器)：适用于需要存储键值对，并进行快速查找、插入和删除操作的场景，元素自动排序。
⚝ std::unordered_set 和 std::unordered_map (哈希表)：适用于需要快速查找、插入和删除操作的场景，元素无序，平均查找时间为常数时间。
通用选择原则：
⚝ 根据需求选择：根据实际应用场景的需求，例如数据规模、操作类型（插入、删除、查找、随机访问等）、性能要求、内存限制等，选择最合适的容器。
⚝ 性能 профилирование (Profiling)：在性能敏感的场景下，使用性能 профилирование 工具来评估不同容器的性能，选择性能最佳的容器。
⚝ 代码可读性和维护性：在满足性能需求的前提下，也要考虑代码的可读性和维护性。选择最易于理解和维护的容器。
6.4 SmallVector 的未来发展趋势（Future Development Trends of SmallVector）：展望 SmallVector 的发展方向和潜在改进
SmallVector 作为 Folly 库中的重要组件，在现代 C++ 开发中发挥着越来越重要的作用。随着 C++ 标准的不断发展和应用场景的日益复杂，SmallVector 也在不断演进和完善。本节将展望 SmallVector 的未来发展趋势，探讨其潜在的改进方向和应用前景。
6.4.1 C++ 标准化
目前 SmallVector 并非 C++ 标准库的一部分，而是 Folly 库的组件。未来，SmallVector 有可能被 C++ 标准化，成为标准库容器。这将极大地提升 SmallVector 的普及度和应用范围。
① 提案与讨论
C++ 标准委员会一直在关注 SmallVector 这类栈上小对象优化的容器。未来可能会有提案将 SmallVector 或类似的设计纳入 C++ 标准库。
② 标准库的演进
C++ 标准库也在不断演进，例如 C++20 引入了 std::span 等新的工具，为容器的扩展和优化提供了更多可能性。SmallVector 的标准化将是 C++ 标准库容器发展的重要方向之一。
6.4.2 Capacity 自适应与动态调整
当前的 SmallVector 的 Capacity 是模板参数，需要在编译时确定。未来的 SmallVector 可能会引入 Capacity 自适应和动态调整的机制，以更好地应对数据规模不确定的场景。
① 编译时 Capacity 推导
可以考虑在某些场景下，编译器能够自动推导 SmallVector 的最佳 Capacity，例如根据初始化列表的大小、函数参数的类型等。
② 运行时 Capacity 调整策略
可以引入更智能的运行时 Capacity 调整策略，例如根据历史数据规模、内存使用情况等，动态地调整 SmallVector 的 Capacity。
6.4.3 与其他 Folly 组件的深度集成
SmallVector 作为 Folly 库的一部分，可以与其他 Folly 组件进行更深度的集成，发挥更大的作用。
① 与 FBString, FBVector 等协同优化
SmallVector 可以与 FBString, FBVector 等其他 Folly 容器协同优化，例如在内存分配、移动语义等方面进行更紧密的配合，提升整体性能。
② 与 Folly 算法库的集成
Folly 提供了丰富的算法库，SmallVector 可以与这些算法库进行更紧密的集成，提供更高效的算法实现，例如针对 SmallVector 特性优化的排序、查找等算法。
6.4.4 硬件加速与 SIMD 优化
随着硬件技术的不断发展，SIMD (Single Instruction, Multiple Data) 等硬件加速技术在现代处理器中得到广泛应用。未来的 SmallVector 可能会利用硬件加速技术，进一步提升性能。
① SIMD 优化
可以针对 SmallVector 的常用操作，例如元素拷贝、比较、算术运算等，进行 SIMD 优化，利用 SIMD 指令并行处理多个元素，提高数据处理速度。
② 硬件感知分配器
可以开发硬件感知的分配器，根据硬件特性（例如缓存大小、内存带宽等）优化 SmallVector 的内存分配策略，提高内存访问效率。
6.4.5 更丰富的 API 和功能
未来的 SmallVector 可能会增加更丰富的 API 和功能，以满足更广泛的应用需求。
① 范围 (Range) 支持
可以增加对 C++20 范围 (Range) 的支持，提供更方便的范围操作接口，例如范围构造、范围算法等。
② 并发 (Concurrency) 支持
可以考虑在 SmallVector 中引入并发支持，例如线程安全的插入、删除、访问等操作，以满足多线程编程的需求。
③ 与其他语言的互操作性
可以考虑增强 SmallVector 与其他语言（例如 Python, Java 等）的互操作性，方便在跨语言的系统中使用 SmallVector。
总结：
SmallVector 的未来发展前景广阔。随着 C++ 标准的演进、硬件技术的进步以及应用场景的拓展，SmallVector 将会不断完善和优化，在高性能 C++ 开发中发挥越来越重要的作用。开发者应持续关注 SmallVector 的发展动态，学习和掌握其最新特性和最佳实践，以便更好地利用 SmallVector 提升代码性能和效率。
END_OF_CHAPTER
7. chapter 7： 总结与展望（总结与展望）
7.1 SmallVector 的价值与意义回顾（SmallVector 的价值与意义回顾）
在本书的尾声，我们共同回顾了 Folly 库中 SmallVector 这一强大而精巧的工具。从初识 Folly 库，到深入 SmallVector 的设计哲学、核心概念、高级特性，再到实战应用与 API 全面解析，相信读者已经对 SmallVector 有了系统而深入的理解。现在，让我们再次聚焦 SmallVector 的价值与意义，总结其在现代 C++ 开发中的独特地位。
① 性能优势与效率提升：SmallVector 最核心的价值在于其在特定场景下卓越的性能表现。相较于 std::vector，SmallVector 通过内联小尺寸数据的栈空间，显著减少了动态内存分配的开销。这在元素数量较小且可预测的场景中，例如：
▮▮▮▮ⓑ 频繁创建和销毁的小型容器：避免了堆内存的频繁分配和释放，降低了系统开销。
▮▮▮▮ⓒ 对性能敏感的应用：如高性能计算、实时系统、游戏开发等，栈上分配的快速性至关重要。
▮▮▮▮ⓓ 缓存友好性：栈内存的连续性有助于提高 CPU 缓存命中率，进一步提升性能。
② 内存管理的精细化控制：SmallVector 提供了对内存分配策略更精细的控制。通过模板参数 Capacity，开发者可以静态地指定栈上空间的大小，从而在编译期就确定一部分内存布局。这种静态与动态内存管理的结合，使得 SmallVector 既能享受栈内存的快速性，又能应对数据量超出栈空间的动态增长需求。
③ 代码的简洁性与可读性：SmallVector 的 API 设计与 std::vector 高度一致，学习曲线平缓。开发者可以沿用 std::vector 的使用习惯，快速上手 SmallVector，并将其无缝集成到现有的 C++ 项目中。这种熟悉的接口降低了代码维护成本，提升了开发效率。
④ 广泛的应用场景：SmallVector 并非仅仅是一个学术性的优化技巧，而是在工业界得到了广泛的应用。从 Facebook 的 Folly 库将其开源，到众多高性能项目对其青睐，都证明了 SmallVector 在实际工程中的价值。其应用场景涵盖：
▮▮▮▮ⓑ 嵌入式系统：资源受限的环境下，栈上分配的优势尤为突出。
▮▮▮▮ⓒ 网络编程：高效处理网络数据包，降低延迟。
▮▮▮▮ⓓ 游戏开发：优化游戏引擎数据结构，提升帧率。
▮▮▮▮ⓔ 高性能计算：加速计算密集型任务。
⑤ 现代 C++ 开发的最佳实践：SmallVector 体现了现代 C++ 开发中对性能、效率和资源控制的极致追求。它鼓励开发者深入理解内存管理机制，根据具体场景选择最合适的工具，编写出更加高效、健壮的代码。学习和掌握 SmallVector，是提升 C++ 编程技能，迈向高级工程师和专家行列的重要一步。
总而言之，SmallVector 不仅仅是一个容器，更是一种设计思想的体现，一种性能优化的策略，一种现代 C++ 开发的最佳实践。它以其独特的优势，在众多场景下展现出强大的生命力，值得每一位 C++ 开发者深入学习和掌握。
7.2 持续学习与深入探索 Folly 库（持续学习与深入探索 Folly 库）
本书以 SmallVector 为切入点，带领读者领略了 Folly 库的冰山一角。然而，Folly 库作为一个由 Facebook 开源的、经过大规模工业实践检验的 C++ 库，其蕴含的知识和技术远不止于此。持续学习和深入探索 Folly 库，将为你的 C++ 技能提升和职业发展带来无限可能。
① 深入探索 Folly 其他组件：Folly 库包含了大量的实用组件，例如：
⚝ FBString：针对字符串操作优化的组件，提供了多种字符串类型和高效的字符串处理算法。
⚝ FBVector：类似于 std::vector，但在某些方面进行了优化，例如内存分配策略。
⚝ ConcurrentSkipListMap：高效的并发跳跃列表映射，适用于高并发场景。
⚝ Futures 和 Promises：用于异步编程的组件，简化了异步任务的管理和调度。
⚝ IO 框架：提供了高性能的 I/O 抽象层，支持多种 I/O 模型。
⚝ JSON 解析与生成：快速且易于使用的 JSON 处理库。
⚝ Logging 框架：灵活可配置的日志系统。
深入学习这些组件，可以扩展你的技术栈，提升解决复杂问题的能力。例如，学习 Futures 和 Promises 可以让你更好地应对并发编程挑战；掌握 IO 框架可以让你构建高性能的网络应用；了解 JSON 处理库可以让你更高效地处理数据交换格式。
② 关注 Folly 库的更新与发展：Folly 库是一个活跃的开源项目，不断进行更新和迭代。关注 Folly 库的 GitHub 仓库和社区动态，可以及时了解最新的特性、改进和最佳实践。参与社区讨论，甚至贡献代码，也是深入学习 Folly 库的有效途径。
③ 结合实际项目应用 Folly 库：理论学习固然重要，但真正的掌握来自于实践。尝试将 Folly 库应用到实际项目中，解决实际问题，才能更深刻地理解其设计思想和使用技巧。可以从小型项目开始，逐步尝试使用 Folly 库的各种组件，积累实战经验。
④ 拓展 C++ 知识体系：Folly 库的设计和实现，涉及了大量的 C++ 高级特性和编程技巧，例如：模板元编程、移动语义、完美转发、SFINAE（Substitution Failure Is Not An Error, 替换失败不是错误）、RAII（Resource Acquisition Is Initialization, 资源获取即初始化）等。学习 Folly 库的过程，也是一个深入学习和巩固 C++ 知识体系的过程。
⑤ 持续学习软件工程最佳实践：Folly 库不仅仅是一个技术库，更蕴含了 Facebook 等大型互联网公司在软件工程方面的最佳实践。学习 Folly 库的设计理念、代码风格、测试方法等，可以提升你的软件工程素养，培养良好的编程习惯。
学习永无止境，技术日新月异。希望本书能够成为你探索 Folly 库和现代 C++ 开发的起点。在未来的学习和工作中，保持好奇心，不断探索，勇于实践，你将在 C++ 的世界里取得更大的成就！🚀
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