vector嵌套容器内存占用异常原因及优化咨询

我通过当前进程的WorkingSetSize分析物理内存占用，该方法经Codeforces验证与本地结果一致，但对vector<vector<char>>的内存占用情况存在理解障碍。

运行环境：Windows 11 x64，MinGW-w64 x86_64 11.3.0，无额外编译选项。

测试代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <windows.h>
#include <psapi.h>

SIZE_T toKB(SIZE_T b) { return b / 1024; }

SIZE_T initialMemory = 0;
void initMemory() {
  PROCESS_MEMORY_COUNTERS pmc;
  pmc.cb = sizeof(PROCESS_MEMORY_COUNTERS);

  HANDLE hProcess = GetCurrentProcess();
  if (GetProcessMemoryInfo(hProcess, &pmc, sizeof(pmc))) {
    initialMemory = pmc.WorkingSetSize;
  }
}
void printMemory() {
  PROCESS_MEMORY_COUNTERS pmc;
  pmc.cb = sizeof(PROCESS_MEMORY_COUNTERS);

  HANDLE hProcess = GetCurrentProcess();
  if (GetProcessMemoryInfo(hProcess, &pmc, sizeof(pmc))) {
    std::cout << toKB(pmc.WorkingSetSize - initialMemory) << "KB" << std::endl;
  }

  CloseHandle(hProcess);
}

int main() {
  int N = 100'000;
  int M = 15;

  printMemory();
  initMemory();
  printMemory(); // 0B

  std::vector<std::vector<int>> vec(N, std::vector<int>(M));
  printMemory(); // Result
}

实验结果：

For vector<vector<char>>
M:  1 ~  8 ->  3956KB
M:  9 ~ 24 ->  5584KB (+1628KB)
M: 25 ~ 40 ->  7140KB (+1556KB)
M: 41 ~ 56 ->  8748KB (+1608KB)

For vector<vector<int>>
M:  1 ~  2 ->  3956KB
M:  3 ~  6 ->  5584KB (+1628KB)
M:  7 ~ 10 ->  7140KB (+1556KB)
M: 11 ~ 14 ->  8748KB (+1608KB)

我原本推测vector<vector<char>>（N=10^5）的内存占用应为(2400 + M*100)KB，但实验结果显示：

• 容量1~8的vector<char>占用16B
• 容量9~24的vector<char>占用32B

另外，我做了使用new []的对照实验，结果符合我的内存模型推测。

现提出以下疑问：

• 占用8B的神秘内存块是什么？
• 内存分配为何以16B为粒度？
• 是否存在预分配？如何优化内存占用？（注：需运行时长度N，不使用push_back）

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Simelvia