1. push_back()
方法
首先分析较为简单直观的 push_back()
方法。对于 push_back()
而言,最开始只有 void push_back( const T& value );
这个函数声明,后来从 C++11
,新加了void push_back( T&& value )
函数,以下为 C++
中的源码实现:
/**
* 以下程序来自STL源码 bits/stl_vector.h
*
* @brief Add data to the end of the %vector.
* @param __x Data to be added.
*
* This is a typical stack operation. The function creates an
* element at the end of the %vector and assigns the given data
* to it. Due to the nature of a %vector this operation can be
* done in constant time if the %vector has preallocated space
* available.
*/
void push_back(const value_type &__x) {
if (this->_M_impl._M_finish != this->_M_impl._M_end_of_storage) {
// 首先判断容器满没满,如果没满那么就构造新的元素,然后插入新的元素
_Alloc_traits::construct(this->_M_impl, this->_M_impl._M_finish,
__x);
++this->_M_impl._M_finish; // 更新当前容器内元素数量
} else
// 如果满了,那么就重新申请空间,然后拷贝数据,接着插入新数据 __x
_M_realloc_insert(end(), __x);
}
// 如果 C++ 版本为 C++11 及以上(也就是从 C++11 开始新加了这个方法),使用 emplace_back() 代替
#if __cplusplus >= 201103L
void push_back(value_type &&__x) {
emplace_back(std::move(__x));
}
#endif
在 C++20
之后,对这两个重载方法进行了修改,变成了 constexpr void push_back( const T& value );
以及 constexpr void push_back( T&& value );
。详情参考 http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2019/p1004r2.pdf
版本修改计划。
2. emplace_back()
方法
emplace_back()
是从 C++11
起新增到 vector
中的方法,最初的函数声明为:
template< class... Args >
void emplace_back( Args&&... args );
之后在 C++14
之后,将无返回值 void
改为了返回对插入元素的引用:
template< class... Args >
reference emplace_back( Args&&... args );
在 STL
源码中,可以看到 emplace_back()
的实现是这样的:
/**
* 以下程序来自STL源码 bits/vector.tcc
*/
template<typename _Tp, typename _Alloc>
template<typename... _Args>
#if __cplusplus > 201402L
typename vector<_Tp, _Alloc>::reference
#else
void
#endif
vector<_Tp, _Alloc>::emplace_back(_Args &&... __args) {
if (this->_M_impl._M_finish != this->_M_impl._M_end_of_storage) {
// 同样判断容器是否满了,没满的话,执行构造函数,对元素进行构造,并执行类型转换
_Alloc_traits::construct(this->_M_impl, this->_M_impl._M_finish,
std::forward<_Args>(__args)...);
++this->_M_impl._M_finish; // 更新当前容器大小
} else
// 满了的话重新申请内存空间,将新的元素继续构造进来,并且进行类型转换
_M_realloc_insert(end(), std::forward<_Args>(__args)...);
#if __cplusplus > 201402L
return back(); // 在 C++14版本之后,添加返回值,返回最后一个元素的引用
#endif
}
#endif
将 emplace_back()
和 push_back()
中区别最大的程序拎出来看:
_Alloc_traits::construct(this->_M_impl, this->_M_impl._M_finish,
std::forward<_Args>(__args)...); // emplace_back()
_Alloc_traits::construct(this->_M_impl, this->_M_impl._M_finish,
__x); // push_back()
对于 std::forward()
函数而言,本质上是一个类型转换函数,它的声明函数如下所示:
/**
* 以下程序来自STL源码 bits/move.h
* @brief Forward an lvalue.
* @return The parameter cast to the specified type.
*
* This function is used to implement "perfect forwarding".
*/
template<typename _Tp>
constexpr _Tp &&forward(typename std::remove_reference<_Tp>::type &__t) noexcept {
return static_cast<_Tp &&>(__t);
}
在强制类型转换中,将参数 __t
传递给对应类 _Tp
的构造函数,然后调用了该类的构造函数从而完成对象创建过程。
因此,在 emplace_back()
函数中,是支持直接将构造函数所需的参数传递过去,然后构建一个新的对象出来,然后填充到容器尾部的。
3. 直观区别
声明一个 Person
类,里面只有一个字段 _age
,在容器中存储该类的对象,方便于查看整个函数调用过程。
class Person {
int _age;
public:
Person(int age) : _age(age) {
cout << "Construct a person." << _age << endl;
}
Person(const Person &p) : _age(p._age) {
cout << "Copy-Construct" << _age << endl;
}
Person(const Person &&p) noexcept: _age(p._age) {
cout << "Move-Construct" << _age << endl;
}
};
首先使用 push_back()
方法添加创建好的元素,可以看出使用到了拷贝构造函数。
int main() {
using namespace std;
vector<Person> person;
auto p = Person(1); // >: Construct a person.1
person.push_back(p);
/**
* >: Copy-Construct1 因为容器扩容,需要把前面的元素重新添加进来,因此需要拷贝
*/
}
然后再使用 emplace_back()
函数添加元素进来:
int main() {
using namespace std;
vector<Person> person;
auto p = Person(1); // >: Construct a person.1
person.emplace_back(move(p)); // >: Move-Construct1
person.emplace_back(2);
/**
* >: Construct a person.2 // 构建一个新的元素
* >: Move-Construct1 // 拷贝之前的元素过来,这个时候用的是 Person(const Person &&p)
*/
}
可以看到直接使用构造参数列表来添加元素的方法,它会使用到了移动构造函数 move
。这也是 emplace_back()
方法的一大特色。
4. 性能分析
emplace_back()
函数在原理上比 push_back()
有了一定的改进,包括在内存优化方面和运行效率方面。内存优化主要体现在使用了就地构造(直接在容器内构造对象,不用拷贝一个复制品再使用)+强制类型转换的方法来实现,在运行效率方面,由于省去了拷贝构造过程,因此也有一定的提升。
以下程序源码:
/**
* Created by Xiaozhong on 2020/9/3.
* Copyright (c) 2020/9/3 Xiaozhong. All rights reserved.
*/
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
class Person {
int _age;
public:
Person(int age) : _age(age) {
cout << "Construct a person." << _age << endl;
}
Person(const Person &p) : _age(p._age) {
cout << "Copy-Construct" << _age << endl;
}
Person(const Person &&p) noexcept: _age(p._age) {
cout << "Move-Construct" << _age << endl;
}
};
#define TEST_EMPLACE_BACK
//#define TEST_PUSH_BACK
int main() {
vector<Person> person;
auto p = Person(1); // >: Construct a person.1
#ifdef TEST_EMPLACE_BACK
person.emplace_back(move(p)); // >: Move-Construct1
person.emplace_back(2);
/**
* >: Construct a person.2 // 构建一个新的元素
* >: Move-Construct1 // 拷贝之前的元素过来,这个时候用的是 Person(const Person &&p)
*/
#endif
#ifdef TEST_PUSH_BACK
person.push_back(p);
/**
* >: Copy-Construct1 因为容器扩容,需要把前面的元素重新添加进来,因此需要拷贝
*/
#endif
}