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C++通过emplace对std::vector高效插入对象

liebian365 2024-10-31 15:17 16 浏览 0 评论

push_back

对于经常使用C++编程语言的朋友们想必对C++标准库的 std::vector 容器类应该是轻车熟路了吧。当我们要把某一对象插入到 std::vector 最后位置时,常常会用其 push_back 成员函数,当然这也是常规操作。然而,如果我们要添加的元素是一个比较复杂或是一个需要占用较大存储空间的对象的话,通过 push_back 来实现可能并不是一个高效的做法。因为 push_back 的实现方式是通过先在vector内部分配一个能存放所需对象的存储空间,然后将 push_back 参数所引用的对象拷贝到新创建的存储空间里。因此在这个过程中对象被构建了一次,然后拷贝了一次,如果是临时对象的话最后还会被析构一次。我们看以下代码以及运行结果。

上图中,我们定义了一个用于存放 S 类型对象元素的向量 vecs,然后对它 push_back 了一个临时对象。因此我们从打印结果中可以看到,在执行 puts 函数之前,该临时对象就被释放了。而最后执行了 pop_back 之后,存放在 vecs 中的 S 对象也随即被释放。


resize

那我们有没有办法不通过创建临时对象的方式而直接往 std::vector 中插入一个元素对象呢?这里我们可能会优先想到 resize 成员函数。因为一般来说,如果我们想对 std::vector 容器对象初始化时插入若干个元素时可以通过 resize 成员函数。如果调用 resize 成员函数时,指定的参数 count 值比当前 vector 容器大小要大的话,那么会在该 vector 容器最后追加新的元素。然而每当我们调用一次 resize 成员函数时,其逻辑为:先分配当前resize所指定元素个数总的存储空间;然后把先前 vector 容器里所存放的所有元素拷贝到新分配的存储空间中;最后将旧存储空间中所有元素对象释放并释放存储空间。所以,如果我们想借助 resize 成员函数来追加元素时,它其实是有一定副作用的。我们来看以下代码及运行结果。

我们从上图中可以看到,在执行了 vecs.resize(5); 这条语句之后,前三个元素随即被析构。


emplace

C++11标准中对 std::vector 容器引入了 emplace_backemplace 这两个成员函数来对 容器插入一个新元素。这俩函数的实现逻辑一般是先分配新元素的存储空间,然后利用C++的 placement new 机制对指定位置创建新元素对象实例。所以这里不存在冗余的值拷贝操作。emplace_back 对应于 push_back,是对 vector 末尾追加新的元素对象;而 emplace 对应于 insert,可在指定位置插入新的元素对象。同时,这俩成员函数还可以指定额外的参数,对应于带有参数的构造函数。下面我们看以下代码及运行结果。

从上图中我们可以看到 emplace_backemplace 这两个成员函数的基本用法以及在MSVC++下的实现机制。相对来说,比起使用 push_backinsert 确实会更高效些。[呲牙]

不过我们上面也能注意到,在执行了第二句 vecs.emplace_back(5) 之后,vecs 仍然会销毁第一个被push进去的元素。这是因为当前 vecs 的容量(capacity)只有1,如果再要往后追加元素需要做一次上面描述的 resize 操作,扩充元素个数,而在此过程中需要重新分配存储空间,然后把旧有的元素对象拷贝到新分配的存储空间,然后再释放旧有的所有元素。所以,倘若我们还想高效地使用 std::vector 做元素按需追加,那么可以先预留一些存放元素的空间,使得追加元素个数不超过预留个数时,不会执行这种 resize操作。我们看以下代码和执行结果。

从上图我们可以看到,一开始做的三次 emplace_back 操作不会导致里面的元素被释放,因为有足够的存储空间做元素追加,所以可以直接创建新元素追加到 vecs 对象的末尾,而不需要再通过 resize 操作做元素的捣腾。而最后执行 emplace 操作时,由于需要做元素替换,将新元素放置到原先首个元素的位置,所以会把原先的第一个元素释放掉。

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