为何C++中reserve后的空vector可访问元素且运行正常？

有一段C++代码，通过reserve()为vector预分配内存后，直接使用下标赋值（未调用push_back()），虽然size()始终返回0，但却能正确访问并输出元素，代码如下：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main(){
    unsigned size;
    cin >> size;
    
    vector<unsigned long> nums;
    nums.reserve(size);
    for(unsigned i{0}; i < size; ++i) cin >> nums[i];
    
    cout << "length " << nums.size() << '\n';
    
    for(unsigned i{0}; i < size; ++i) cout << i << ' ' << nums[i] << endl;
    
    return 0;
}

示例输入 #

3     
45 12 1454

示例输出 #

length 0
0 45
1 12
2 1454

原因解析 #

• reserve()的本质：reserve(n)的作用是为vector预分配可容纳至少n个元素的内存空间，它只会修改vector的capacity()（已分配内存能容纳的最大元素数），但不会改变size()（当前实际存在的元素个数）。所以执行nums.reserve(size)后，nums.size()依然是0，而nums.capacity()至少等于输入的size值。
• 下标访问的未定义行为：C++标准规定，当使用operator[]访问vector时，若索引i >= nums.size()，属于未定义行为。未定义行为不代表一定会报错，它可能因为各种巧合“正常工作”——这次刚好是因为reserve已经提前分配了足够的内存，你写入的数据刚好落在这块预分配的内存里，没有破坏其他程序数据，读的时候也能正确取出。但这种行为完全不可靠，换个编译器、操作系统或者运行环境，程序可能直接崩溃、输出乱码，或者出现其他不可预期的结果。
• 代码的正确写法：要让代码符合C++标准且行为可靠，有两种常见方式：
  1. 用resize(size)代替reserve(size)：resize会直接修改vector的size，同时初始化对应数量的元素，之后就可以安全地用下标访问赋值。
  2. 保留reserve的同时，使用push_back()或emplace_back()逐个添加元素，这样size会随着元素添加正确增长。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者fetis