源码版本：gcc-15.1.0
通过分析GCC的STL源码，我们可以清晰地看到 std::vector::push_back 的实现逻辑。核心代码片段如下，图中用红色框标注了关键部分：
从上图可以看到，push_back 函数首先检查当前容量是否足够。如果 _M_finish（指向最后一个元素之后）不等于 _M_end_of_storage（指向分配的存储空间末尾），说明还有预分配的空间，则直接在尾部构造新元素。
如果容量不足，则会调用 _M_reallocate_append 函数进行扩容。 对于C++11及更高版本，右值引用的 push_back 实现本质上是转发给了 emplace_back 函数。
容量不足时的代码执行过程
当需要扩容时，程序会执行复杂的内存重新分配过程。下图详细展示了这一过程的代码逻辑，并用红色箭头和文字进行了分步标注：
这个过程可以概括为以下几个关键步骤：
- 计算需要的容量：通过
_M_check_len 函数确定新的容量大小。
- 创建新的连续内存：使用分配器分配一块更大的连续内存。
- 初始化/迁移数据：将旧内存中的元素移动或拷贝到新内存。这里使用了
std::uninitialized_move_if_noexcept，它保证了异常安全——如果元素的移动构造函数可能抛出异常，则会改用拷贝构造函数。
- 释放旧内存：将旧内存块交还给分配器释放。
- 更新内部指针：将
vector 内部的 _M_start, _M_finish, _M_end_of_storage 指针指向新的内存区域。
补充说明：异常安全与优化
代码中出现的 _Guard 相关结构是保证异常安全的关键。如果在构造新元素或迁移旧元素的过程中抛出异常，这个RAII（资源获取即初始化）守卫会自动清理已经分配或部分初始化的资源，从而避免内存泄漏。
此外，_S_relocate 是 C++20 引入的优化，在硬件和编译器支持的情况下，它会使用更高效的内存重定位操作来代替逐个元素的移动或拷贝，从而提升性能。对这类底层内存操作的优化感兴趣的朋友，可以深入探索计算机基础相关的知识。
扩容算法（计算需要扩充的容量大小）
扩容的核心策略由 _M_check_len 函数决定。其源码和策略注释如下图所示：
扩容策略公式：新容量 = 当前容量 (size) + max(当前容量， 新增所需容量 (__n))
这个策略可以理解为“按需与翻倍相结合”：
- 当一次性新增的元素数量（
__n）小于当前容量时，新容量约为当前容量的2倍（翻倍扩容）。
- 当一次性新增的元素数量远大于当前容量时，新容量约为
当前容量 + __n（按需扩容），以避免一次性分配过大内存。
为了更直观地理解这个算法，可以参考下面的场景分析表格：
通过剖析 std::vector::push_back 的源码，我们不仅理解了其内存增长机制，也看到了现代C++库在实现中如何兼顾效率与异常安全。这种源码分析是深入理解编程语言和库设计思想的绝佳途径。如果你想了解更多关于C/C++底层机制的讨论，欢迎到云栈社区与更多开发者交流。 | 
发表于 3 天前
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