引言
大家好，作为大三学生，我分享动态数组相关干货：静态数组占连续内存但大小固定有缺陷，动态数组通过翻倍扩容+内存拷贝解决该问题；我们能手动实现含插入、删除、扩容的简易动态数组类；STL的std::vector要掌握初始化、访问、容量操作，同时留意使用中的避坑点。
一、开篇
数组是数据结构的入门基石，而C++ std::vector作为动态数组的工业级实现，是开发中使用频率最高的容器。本文摒弃冗余理论，直击核心：从静态数组的优劣，到动态数组的扩容本质，再到手写实现与vector实战避坑，帮你快速吃透这一核心知识点。
二、静态数组：核心优势与致命短板
1. 核心原理：连续内存的独特价值
静态数组在内存中是连续且固定大小的存储空间，这带来两个核心优势：
- O(1) 随机访问：通过「基地址 + 索引×元素字节数」直接定位元素，无需遍历，效率拉满。
- 缓存友好：CPU缓存预取机制会批量加载连续内存数据，大幅减少缓存缺失，提升运行效率。
2. 致命缺陷：固定大小的工程困境
静态数组大小必须编译期确定，运行时无法调整，带来两个问题：
- 内存浪费：预设大小远超实际需求，造成内存闲置。
- 越界风险：数据量超出预设大小，引发程序逻辑异常甚至崩溃。
三、动态数组：扩容机制 + 简易手写实现
1. 核心扩容逻辑：翻倍扩容 + 内存拷贝
动态数组底层仍依赖连续内存，"动态"的核心在于扩容，流程极简：
- 触发条件：当实际元素数（size）等于容器容量（capacity）时，触发扩容。
- 翻倍扩容：分配原容量2倍的新内存（平衡扩容开销与内存利用率）。
- 内存拷贝：将旧内存中的元素迁移到新内存，释放旧内存，更新指针、size、capacity。
2. 手动实现（精简版，支持核心功能）
cpp
#include <iostream>
#include <cstring>
using namespace std;
// 简易动态数组类
template <typename T>
class MyVector {
private:
T* data; // 存储元素的内存指针
int size; // 实际元素个数
int capacity; // 容器容量
// 核心扩容方法
void expand() {
capacity = (capacity == 0) ? 4 : capacity * 2; // 初始容量4，翻倍扩容
T* newData = new T[capacity];
memcpy(newData, data, size * sizeof(T)); // 迁移元素
delete[] data; // 释放旧内存
data = newData;
}
public:
// 构造函数
MyVector() : data(nullptr), size(0), capacity(0) {}
// 析构函数（避免内存泄漏）
~MyVector() { delete[] data; }
// 尾部插入元素
void push_back(const T& val) {
if (size == capacity) expand(); // 触发扩容
data[size++] = val;
}
// 尾部删除元素
void pop_back() { if (size > 0) size--; }
// 安全访问元素（越界提示）
T& at(int index) {
if (index < 0 || index >= size) {
throw out_of_range("索引越界");
}
return data[index];
}
// 获取size和capacity
int getSize() { return size; }
int getCapacity() { return capacity; }
};四、std::vector 核心实战：接口差异与避坑
1. 核心接口对比（高频使用，避坑关键）
| 接口/属性 | 功能与差异 | 坑点提示 |
|---|---|---|
| push_back/pop_back | 尾部增删元素（O(1) 均摊复杂度） | 仅操作尾部，中间删除效率低 |
| at(index)/[] | 访问元素：at安全（越界抛异常），[]高效（不做检查） | 数组越界是高频Bug，慎用[] |
| size/capacity | size（实际元素数），capacity（总容量） | size <= capacity 恒成立 |
| reserve/resize | reserve（预留容量，不改变size），resize（调整size，初始化元素） | 避免频繁扩容用reserve |
2. 极简实战示例
cpp
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
// 1. 初始化
vector<int> vec = {1,2,3,4};
// 2. 尾部插入
vec.push_back(5);
// 3. 安全访问 vs 高效访问
cout << vec.at(2) << endl; // 安全，越界抛异常
cout << vec[3] << endl; // 高效，无越界检查
// 4. 容量优化：预留空间，避免多次扩容
vec.reserve(10); // 容量变为10，size仍为5
// 5. 尾部删除
vec.pop_back();
// 6. 查看size与capacity
cout << "size: " << vec.size() << ", capacity: " << vec.capacity() << endl;
return 0;
}五、总结
静态数组凭连续内存实现高效访问，但固定大小限制了灵活性；动态数组通过翻倍扩容机制弥补短板，std::vector则是其工业级最优实现。通过手写动态数组，我们能吃透底层内存管理逻辑，而掌握vector的接口差异与避坑技巧，能让我们在工程开发中高效避坑，写出更优代码。