预分配数组通过提前分配连续内存提升访问速度，C++中常用new/delete、std::vector和std::array实现；其减少内存开销、利用缓存局部性、避免碎片，适用于频繁访问、大小确定及高内存利用率场景。
预分配数组，简单来说，就是提前分配好一块连续的内存空间，用来存放数据。这样做的好处是，可以避免频繁的内存分配和释放，从而提高程序的运行效率，尤其是在需要频繁访问数组元素的情况下。
预分配数组主要通过以下几个方面提高访问速度：减少内存分配开销、利用缓存局部性原理、避免内存碎片。
C++如何使用预分配数组提高访问速度？
预分配数组有哪些常见的实现方式？
在C++中，预分配数组的方法有很多种，最常见的就是使用
new
和
delete
操作符手动分配和释放内存。例如：
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int* arr = new int[1000]; // 预分配1000个int元素的数组// ... 使用数组delete[] arr; // 释放内存
这种方式的优点是灵活，可以根据需要在运行时确定数组的大小。但是，也需要手动管理内存，容易出现内存泄漏等问题。
另一种方式是使用
std::vector
。
std::vector
是一个动态数组，它可以自动管理内存，避免了手动分配和释放内存的麻烦。
std::vector vec(1000); // 预分配1000个int元素的vector// ... 使用vector// vector会自动释放内存
std::vector
的优点是方便易用，安全性高。但是，在某些情况下，它的性能可能不如手动分配的数组。例如，当需要频繁插入或删除元素时，
std::vector
可能会重新分配内存，导致性能下降。
还有一种方式是使用
std::array
。
std::array
是一个固定大小的数组，它在编译时确定大小，不能动态改变。
std::array arr; // 预分配1000个int元素的array// ... 使用array// array会自动释放内存
std::array
的优点是性能高，因为它在编译时确定大小，避免了运行时的内存分配和释放。但是，它的缺点是大小固定，不够灵活。
选择哪种方式取决于具体的应用场景。如果需要动态改变数组的大小，可以使用
std::vector
。如果大小固定，且对性能要求较高，可以使用
std::array
。如果需要更精细地控制内存分配，可以使用
new
和
delete
操作符。
预分配数组如何避免内存碎片？
内存碎片是指内存中存在大量的小块空闲内存，这些空闲内存的总和可能很大，但是由于它们不连续，无法满足大块内存的分配请求。内存碎片会导致内存利用率下降，甚至导致程序崩溃。
预分配数组可以有效地避免内存碎片。因为预分配数组是一块连续的内存空间，它可以避免在内存中产生大量的小块空闲内存。
为了更好地避免内存碎片，可以考虑使用内存池。内存池是一种预先分配好一块大的内存空间，然后将这块内存空间分割成若干个小块，每次分配内存时，直接从内存池中取出一个小块即可。当释放内存时，将小块内存放回内存池中。内存池可以有效地避免内存碎片，提高内存利用率。
预分配数组在哪些场景下效果显著？
预分配数组在以下场景下效果显著：
需要频繁访问数组元素：预分配数组可以提高访问速度，因为它可以避免频繁的内存分配和释放。例如，在图像处理、科学计算等领域，需要频繁访问数组元素，使用预分配数组可以显著提高程序的运行效率。
数组大小在编译时或运行时可以确定：预分配数组需要在编译时或运行时确定数组的大小。如果数组大小在编译时或运行时无法确定，则无法使用预分配数组。
对内存利用率要求较高：预分配数组可以有效地避免内存碎片，提高内存利用率。例如，在嵌入式系统等资源有限的场景下，对内存利用率要求较高，使用预分配数组可以更好地利用内存资源。
举个例子，假设我们需要对一个图像进行处理，图像的大小为1024×768，每个像素用一个
unsigned char
表示。如果每次访问像素时都动态分配内存，会导致大量的内存分配和释放操作，降低程序的运行效率。使用预分配数组，可以一次性分配好整个图像的内存空间，然后直接访问像素，从而提高程序的运行效率。
unsigned char* image = new unsigned char[1024 * 768]; // 预分配图像内存// ... 图像处理delete[] image;
总之，预分配数组是一种有效的提高程序运行效率的方法，在合适的场景下使用可以显著提高程序的性能。
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