C++移动构造函数调用逻辑解析：vector扩容引发的次数疑问

问题现象 #

给定如下C++代码：

#include <iostream>
#include <vector>

class Move {
private:
    int* data;
public:
    Move(int d) {
        data = new int;
        *data = d;

        std::cout << "Constructor is called for " << d << std::endl;
    }

    Move(const Move& source) : Move{*source.data} {
        std::cout << "Copy constructor is called - " << "Deep copy for " << *source.data << std::endl;
    }

    Move(Move&& source) noexcept : data{ source.data } {
        std::cout << "Move constructor for " << *source.data << std::endl;
        source.data = nullptr;
    }

    ~Move() {
        if (data != nullptr) {
            std::cout << "Destructor is called for " << *data << std::endl;
        }
        else {
            std::cout << "Destructor is called for " << "nullptr" << std::endl;
        }

        delete data;
    }
};

int main() {
    std::vector<Move> vec;

    vec.push_back(Move{ 10 });
    vec.push_back(Move{ 20 });

    return 0;
}

运行后观察到：

• 仅放入1个对象时：构造函数调用1次、移动构造函数调用1次、析构函数调用2次
• 放入2个对象时：构造函数调用2次、移动构造函数调用3次、析构函数调用5次

以下是对调用次数差异的详细解释：

核心原因：std::vector的动态扩容机制 #

std::vector是动态数组，初始容量为0。当新元素加入时，如果当前容量不足以容纳新元素，vector会重新分配一块更大的内存，将旧内存中的所有元素移动到新内存，再释放旧内存。这一过程会额外触发移动构造和析构调用。

情况1：仅放入1个对象（vec.push_back(Move{10})） #

1. 构造临时对象：Move{10}触发构造函数调用1次。
2. vector扩容并移动元素：vector初始容量为0，需要分配容量为1的内存，将临时对象移动到vector中，触发移动构造函数调用1次。
3. 临时对象析构：临时对象完成移动后被销毁，触发析构函数调用1次。
4. 程序结束时vector元素析构：vector中的Move{10}对象被销毁，触发析构函数第2次调用。

总次数：构造1次、移动构造1次、析构2次，与观察一致。

情况2：放入2个对象（vec.push_back(Move{10}) + vec.push_back(Move{20})） #

第一步：放入第一个对象

过程和情况1完全一致：构造1次、移动构造1次、临时对象析构1次。此时vector的容量为1，大小为1。

第二步：放入第二个对象

1. 构造临时对象：Move{20}触发构造函数第2次调用。
2. vector扩容：当前容量1不足以容纳第二个元素，vector会将容量扩容至2（主流实现通常是翻倍扩容）。此时需要将旧内存中的Move{10}移动到新内存，触发移动构造函数第2次调用。
3. 移动新元素：将临时对象Move{20}移动到新内存的第二个位置，触发移动构造函数第3次调用。
4. 旧内存元素析构：旧内存中的原Move{10}对象被销毁（旧内存释放前清理），触发析构函数第2次调用。
5. 临时对象析构：临时对象Move{20}完成移动后被销毁，触发析构函数第3次调用。
6. 程序结束时vector元素析构：vector中的Move{10}和Move{20}依次被销毁，触发析构函数第4、5次调用。

总次数：构造2次、移动构造3次、析构5次，与观察一致。

补充说明 #

• 如果提前用vec.reserve(2)预分配足够容量，放入2个对象时不会触发扩容，此时移动构造只会调用2次，析构次数为4次（2个临时对象+vector中2个元素）。
• 代码中Move类的移动构造函数被标记为noexcept，这是vector选择移动而非拷贝元素的前提——如果移动构造函数不是noexcept，扩容时会调用拷贝构造函数而非移动构造函数。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者alkendev