Коротко: `v.reserve($3$)` выделяет буфер для как минимум 3 элементов (size остаётся $0$, capacity ≥ 3\()). Затем цикл `for(int i=0;i<5;++i) v.push_back(i);` добавляет элементы \(i=0,1,2,3,4\).
Подробно по шагам и по итераторам/указателям:
- При добавлении первых трёх элементов (для $i=0,1,2$) ёмкость достаточна, перевыделения не происходит. Указатели, ссылки и итераторы на элементы остаются валидными (единственно итератор end() изменяется).
- При добавлении четвёртого элемента (для $i=3$) размер станет больше текущей capacity ($size==capacity==3$), поэтому происходит реалиокация: вектор выделяет новый буфер большей ёмкости (стандарт требует лишь $new\_capacity\ge old\_capacity+1$, реализация обычно удваивает, например $3\to 6$), перемещает/копирует существующие элементы в новый буфер и освобождает старый. В результате ВСЕ указатели, ссылки и итераторы, указывавшие на старые элементы, становятся недействительными (dangling).
- После реалиокации указатели, полученные уже в новом буфере (например после вставки $i=3$), остаются валидными до следующей реалиокации. Добавление $i=4$ обычно не вызовет повторной реалиокации, если новая ёмкость ≥ $5$.
Практические рекомендации:
- Если где‑то хранятся указатели на элементы, заранее вызовите `v.reserve(final_size)` (в вашем примере `v.reserve($5$)`) или инициализируйте вектор нужным размером (`v.resize(...)`), чтобы избежать реалиокаций.
- Иначе используйте индексы, `std::deque`/`std::list` (адреса в `deque` не гарантированно стабильны при некоторых операциях, у `list` — стабильны), или храните «слабые» идентификаторы вместо сырных указателей.
- `v.data()` даёт прямой указатель, но он тоже станет недействительным при реалиокации.