std::vector<T> clear详解

这是一个非常核心的问题。在 C++ 标准库中，std::vector::clear() 的行为是非常明确的。为了让你彻底理解，我们从逻辑行为、源码实现（以 GCC 的 libstdc++ 为例）以及内存状态三个维度来剖析。

1. clear() 执行了什么？（逻辑行为）

当你调用 vec.clear() 时，它只做两件事：

  1. 销毁对象：按顺序调用容器内所有元素的析构函数。
  2. 重置大小：将 size 设置为 0。

但是： 它不会释放底层分配的堆内存，也不会改变容器的容量（Capacity）。

2. 源码深度解析（以 libstdc++ 为例）

在 GCC 的实现中，vector 的数据由三个指针管理：

  • _M_start: 指向第一个元素。
  • _M_finish: 指向最后一个元素之后的位置（即 size 的终点）。
  • _M_end_of_storage: 指向已分配堆内存的末尾（即 capacity 的终点）。

clear() 的源码大致如下：

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void clear() _GLIBCXX_NOEXCEPT
{
  // 1. 调用销毁函数，范围是从第一个元素到最后一个元素
  _Destroy(this->_M_impl._M_start, this->_M_impl._M_finish,
           _M_get_Tp_allocator());
           
  // 2. 将“已用空间”的指针指向起点，即 size 归零
  this->_M_impl._M_finish = this->_M_impl._M_start;
}

_Destroy 做了什么？

如果你的元素是复杂类型（如 std::string 或自定义 Class）：

  • 它会遍历每一个元素，通过类似 ptr->~T() 的方式手动调用析构函数。

如果你的元素是平凡类型（Trivially Destructible，如 int, float 或 MTileID 这种简单的结构体）：

  • 编译器会进行模板特化优化，_Destroy 实际上会变成一个空操作（No-op）。这意味着 clear() 仅仅是移动了一下指针。

3. 内存回收与容量变化

(1) 堆内存是否回收？

不回收。
_M_end_of_storage 指针在 clear() 执行后保持不动。vector 依然占用着原先申请的那块堆空间。

  • 原因：这是为了性能。如果立刻释放内存，下次 push_back 时又需要昂贵的 malloc 系统调用。

(2) 容量（Capacity）是否变化？

不变化。
vec.capacity() 在 clear() 前后是相等的。

(3) 元素持有资源的释放？

这是一个陷阱。

  • 如果 vector<MyObject>，clear() 会销毁 MyObject，释放其内部资源。
  • 如果 vector<MyObject*>（原始指针），clear() 只会销毁“指针变量本身”（即那 8 个字节的地址），而不会调用 delete 指向的对象。这会导致内存泄漏。

4. 结合你之前的场景：Mali GPU 与内存碎片

在你之前提到的 MapTile（地图瓦片） 场景中，频繁地对 std::vector 进行 clear() 有利有弊：

  • 利：避免了频繁的堆内存申请/释放（malloc/free），减少了 CPU 开销和内存碎片。
  • 弊：
    • 内存占用高峰：如果某一次 vector 扩容到了非常大（例如 10MB），即使 clear() 后，这 10MB 也会一直被该对象占着不还给系统。
    • 隐蔽的竞态：虽然 size 是 0 了，但底层的 Buffer 依然在。如果此时 GPU 驱动因为某种异步 Bug 还在读取这块地址（即便此时 size 逻辑上为 0），它可能读到旧数据而不是触发崩溃；或者如果此时发生重分配，老地址被释放，才会真正崩溃。

5. 如果你真的想释放内存怎么办？

如果你觉得 vector 占用的内存太大了，想还给系统，有两种标准做法：

方案 A：shrink_to_fit() (C++11)

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vec.clear();
vec.shrink_to_fit(); // 请求减小容量以匹配大小
  • 注意：这会触发一次内存重新分配和拷贝，开销较大。

方案 B：Swap 技巧（最彻底，C++98 时代至今通用）

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// 创建一个空的临时 vector 与原 vector 交换
std::vector<T>().swap(vec);
  • 效果：临时对象获得了 vec 的大块内存，然后临时对象生命周期结束，立刻触发真正的 free。vec 彻底回到初始状态（Capacity = 0）。

总结给你的建议：

对于地图引擎这种高性能场景，通常不建议释放内存。
你应该利用 clear() 不释放内存的特性，通过 reserve() 预留好空间，实现内存池化的效果。只有当检测到内存极度紧张，或者该模块长时间不再使用时，才考虑用 Swap 技巧彻底释放。

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