小夕在本系列前兩篇文章中為大家介紹了各類數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)容策略，且在上篇文末，小夕提到了加倍式擴(kuò)容中，倍率采用2并不是最優(yōu)的，為什么呢？有沒有最優(yōu)倍率呢？

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內(nèi)存復(fù)用

如果倍率采用2甚至更大的數(shù)，那么被開辟過的舊空間永遠(yuǎn)都不會被新開辟的空間利用。小夕舉個栗子。

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if(倍率≥2){

那么以下是小夕為大家畫的三次擴(kuò)容后的內(nèi)存塊的占用情況（小夕用PPT畫的，好麻煩的喵，讀者喵有好用的輕量級畫矢量圖的軟件記得推薦給小夕哦~）

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上圖中，內(nèi)存塊一共有15個字節(jié)。粉色實(shí)心框是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)占用的內(nèi)存塊，空心框是空閑的內(nèi)存。

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假如一開始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的大小是1字節(jié)，占用了0xFF00這個字節(jié)，如圖中第一列。然后第一次擴(kuò)容后數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大小變成2字節(jié)，無法利用之前的舊內(nèi)存空間。

同樣，第二次擴(kuò)容，第三次擴(kuò)容后，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的大小總是要比之前累計占用的舊內(nèi)存空間之和還要大，總是大1個字節(jié)，所以永遠(yuǎn)都無法重新利用之前的舊內(nèi)存空間。

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那么無法復(fù)用舊內(nèi)存空間，對應(yīng)有程序與操作系統(tǒng)各有什么影響呢？小夕還沒有探索出嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)論，讀者有思路可以跟小夕一起討論哦~

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如果倍率改為比2大的數(shù)，結(jié)果是一樣的。有興趣的喵喵可以自行畫畫圖~當(dāng)然，數(shù)學(xué)好的喵喵不用畫圖也能證明出來的~（利用幾何級數(shù)的性質(zhì)）

}

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if(倍率<2&&倍率>1){

比如倍率采用1.5。小夕再畫一下圖~

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可以看到，第三次擴(kuò)容后的新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大小約為338B！而舊空間的大小是250+225=475>338，也就是說新的哈希表可以挪到舊的內(nèi)存空間了！內(nèi)存得到了復(fù)用！

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好咯，說到這里，讀者應(yīng)該懂了，對于加倍式擴(kuò)容，倍率必須小于2才能復(fù)用內(nèi)存。那么為什么默認(rèn)值取1.5，而不是1.6，1.7呢？小夕查了很多資料，發(fā)現(xiàn)這是一個啟發(fā)式策略（啟發(fā)式策略就是拍腦袋想出來的看似合理而沒有嚴(yán)謹(jǐn)理論依據(jù)的方法）。

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一個疑問

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那么既然看似倍率用1.5要優(yōu)于2，為什么Java中的哈希表系列以及C++中的Vector卻采用2呢？

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這就是理論與工程的不同之處。在工程中不僅要考慮內(nèi)存復(fù)用這一個問題，還要考慮到浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算問題和大量數(shù)據(jù)場景下的擴(kuò)容速度的問題。

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具體來說，若采用1.5倍，那么假設(shè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)初始大小為10，則以后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大小會依次計算為：

15,

22.5,

33.75,

50.625,

75.9375

...

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可以看到浮點(diǎn)運(yùn)算的代價會越來越高。

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擴(kuò)容速度也很好理解。大量數(shù)據(jù)時，2倍擴(kuò)容速度會比1.5倍擴(kuò)容速度少很多次擴(kuò)容次數(shù)，因此效率會比1.5倍高很多。那么當(dāng)程序不怎么看重內(nèi)存復(fù)用，卻有大量數(shù)據(jù)待填入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時，2倍是更合理的。

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So

雖然很多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是基于靜態(tài)數(shù)組實(shí)現(xiàn)的動態(tài)空間增長，但是有的是上述提到的2倍的擴(kuò)容倍率，有的像Java中的ArrayList則為1.5倍的擴(kuò)容倍率。

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看來如何決定倍率，要在設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的時候好好考慮這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將來的業(yè)務(wù)場景呢。

PS：

沒有發(fā)現(xiàn)小夕在上面的一個if語句中漏了一半括號的C/C++/Java等程序員請自覺面壁思過。

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最后，不知道您對小夕的文章是否滿意呢(?????????)

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的小夕说，不了解动态空间增长的程序喵都是假喵（下）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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