STD Vector 在 C++ 中是非常有用的工具，但同時也容易被誤用。本文將探討 STD Vector 的常見錯誤使用方式，並提供改進建議，以提升程式碼效能。
什麼是 STD Vector？
STD Vector 是 C++ 標準模板庫（STL）中的一種容器類型。它是一個動態調整大小的陣列，元素在記憶體中連續儲存。這使其兼具陣列的效率和動態調整大小的靈活性。
為何稱之為 Vector？
關於 Vector 這個名稱的由來，可能是設計者 Alex 隨意決定的，後來可能也後悔了。這也是 C++ 常見的情況。
效能考量
使用 STD Vector 的標準
本文主要關注如何提升 STD Vector 的效能。雖然 STL 並非專為極致效能而設計，但透過適當的使用方式，仍然可以大幅提升其效能。
STL 並非永遠最佳選擇
如果效能是首要考量，可能需要考慮其他替代方案，例如自行設計資料結構，或使用專為效能優化的函式庫，例如 EA 的 EASTL。EASTL 是為遊戲開發優化的 STL 版本，更注重速度和效能。
何時不該使用 STD Vector？
評估是否需要動態大小
使用 STD Vector 的首要原則是評估是否真的需要它。若能使用固定大小的陣列，則應優先考慮 std::array。
Stack vs. Heap
std::array 儲存在堆疊 (Stack) 中，而 STD Vector 儲存在堆積 (Heap) 中。堆疊通常比堆積更快，因此在不需要動態調整大小的情況下，std::array 是更好的選擇。
範例：Tetris 程式碼審查
在 Tetris 程式碼審查中，get_cell_colors 函數返回一個顏色向量。由於顏色數量固定（8 種），因此使用 std::array<Color, 8> 會更有效率。
如何正確使用 STD Vector
避免不必要的複製
除非必要，否則避免複製 Vector。將 Vector 作為函數參數傳遞時，應使用 const 引用 (const &)，以避免不必要的記憶體分配和元素複製。
預先分配記憶體
瞭解 Vector 的記憶體管理
Vector 在容量不足時會自動重新分配記憶體。在 MSVC 編譯器中，Vector 會以 50% 的幅度增長容量（例如，從 2 增加到 3）。Clang 也有類似的行為，而 GCC 則會將容量翻倍。這種自動增長可能導致頻繁的記憶體重新分配，降低效能。
使用 reserve() 預留空間
若預先知道 Vector 大約需要儲存多少元素，可以使用 reserve() 函數預留足夠的記憶體空間，避免不必要的重新分配。
使用 resize() 設定大小
resize() 函數可以設定 Vector 的大小，並使用預設建構子初始化新增的元素。如果之後需要覆寫這些元素，則效率不如 reserve()。
避免複製，善用 emplace_back()
避免不必要的物件複製
盡可能避免在 Vector 中儲存物件時進行複製。複製物件可能會導致額外的記憶體分配和效能損失。
使用 emplace_back() 取代 push_back()
使用 emplace_back() 函數可以直接在 Vector 的記憶體空間中建構物件，避免先建構物件再複製到 Vector 的過程。這可以顯著提升效能。
移動語意 (Move Semantics)
了解 Move Semantics 的優勢
在 C++ 中，Move Semantics 允許將資源（例如堆積記憶體）從一個物件轉移到另一個物件，而無需進行複製。這可以大幅提升效能，尤其是在處理包含大量資料的物件時。
使用 Move Constructor
若類別包含指標或需要管理資源，應實作 Move Constructor。Move Constructor 可以將資源從來源物件轉移到新物件，並將來源物件設定為有效但未定義的狀態。
emplace_back() 與 Move Semantics 的結合
即使使用了 Move Constructor，emplace_back() 仍然比 push_back() 更有效率，因為它避免了物件的建構和轉移過程。
總結
- 評估是否需要 STD Vector：若不需要動態大小，使用
std::array。 - 預先分配記憶體：使用
reserve()或resize()避免頻繁的重新分配。 - 避免複製：使用
emplace_back()直接在 Vector 中建構物件。
透過遵循這些原則，可以更有效地使用 STD Vector，提升程式碼效能。