C++ vector的emplace_back函数

C++ STL的vector相信大家一定都知道，它是一个一般用来当做可变长度列表的类。在C++11之前，一般给vector插入新元素用得都是push_back函数，比如下面这样：

std::vector<std::string> list;
list.push_back(std::string("6666"));

这种写法事实上有很多的冗余计算，我们来分析下，调用这句push_back一共做了哪些操作：

1.执行了std::string的构造函数，传入"6666"构造出一个std::string，这是一个临时变量，我们称它为temp；

2.执行了std::string的拷贝构造函数，将temp的内容拷贝到list的空间中；

3.执行了std::string的析构函数，析构临时变量temp。

从中可以看到，我们需要执行std::string的两个构造函数和一个析构函数，还是比较耗费时间的。仔细分析下可以发现，构造函数还是必须要有一个的（因为必须要为list创建一个std::string对象），但我们完全可以省略掉创建和销毁临时对象temp的操作，只要我们能保证将"6666"直接传入为list构造的std::string对象中。

为了实现这个目标，C++11引入了emplace_back函数，它通过完美转发实现了在vector中插入时直接在容器内构造对象，省略了创建临时对象的操作。我们看下它的代码就不难理解：

template<class _Ty,
	class _Alloc = allocator<_Ty>>
	class vector
		: public _Vector_alloc<_Vec_base_types<_Ty, _Alloc>>
{
...
public:
  template<class... _Valty>
  decltype(auto) emplace_back(_Valty&&... _Val)
  {	// insert by perfectly forwarding into element at end, provide strong guarantee
        if (_Has_unused_capacity())
	{
	   return (_Emplace_back_with_unused_capacity(_STD forward<_Valty>(_Val)...));
	}

	_Ty& _Result = *_Emplace_reallocate(this->_Mylast(), _STD forward<_Valty>(_Val)...);

	return (_Result);
  }
...
};

对于上面案例中的list(vectorstd::string)来说，_Ty是std::string，调用list.emplace_back("6666")，则_Valty就是const char*，通过完美转发机制（forward<_Valty>）最终将传入的参数_Val（本例中就是"6666"）传入std::string的构造函数中，实现了直接从list中一步到位构造对象，省略了创建临时对象的过程，从而减少了创建的时间。

下面是我做的实验，首先定义一个类A，它可以接受一个const char*来构造：

class A
{
public:
	A(const char* c)
	{
		int count = strlen(c);
		content = new char[count];
		memcpy(content, c, count);
	}

	~A()
	{
		if (content)
		{
			delete[] content;
		}
	}

	A(const A& a)
	{
		int count = strlen(a.content);
		content = new char[count];
		memcpy(content, a.content, count);
	}

	A(A && a)
	{
		content = a.content;
		a.content = nullptr;
	}
private:
	char * content = nullptr;;
};

通过以下代码来测试运行时间：

int main()
{
	std::vector<A> str_list;
	std::vector<A> str_list2;
	std::vector<A> str_list3;
	std::vector<A> str_list4;

	int count = 100000;
        //提前留好空间，防止创建内存干扰
	str_list.reserve(count * 2);
	str_list2.reserve(count * 2);
	str_list3.reserve(count * 2);
	str_list4.reserve(count * 2);

	clock_t start = clock();
	for (int i = 0; i < count; i++)
	{
		A a = "hahahaah";
		str_list.push_back(a);
	}
	clock_t end = clock();
	std::cout << end - start << std::endl;

	start = clock();
	for (int i = 0; i < count; i++)
	{
		str_list2.push_back("hahahaah");
	}
	end = clock();
	std::cout << end - start << std::endl;

	start = clock();
	for (int i = 0; i < count; i++)
	{
		str_list3.emplace_back("hahahaah");
	}
	end = clock();
	std::cout << end - start << std::endl;

	start = clock();
	for (int i = 0; i < count; i++)
	{
		A a = "hahahaah";
		str_list4.emplace_back(a);
	}
	end = clock();
	std::cout << end - start << std::endl;

	system("pause");
	return 0;
}

以上四种情况输出的运行时间如下（VS2017、Debug、Win32模式下编译）：

125
84
78
106

可以看到，最耗时的就是第一种：

for (int i = 0; i < count; i++)
{
	A a = "hahahaah";
	str_list.push_back(a);
}

因为它就是本文前面说的“创建临时对象->创建list中的对象->销毁临时对象”过程。

str_list2的做法相对好一些，因为虽然也会生成临时对象，但因为传入的是右值引用，因此调用的是移动构造函数，相对来说节省一些。

str_list3就是本文上面提到的做法，直接在vector上构造对象，自然是时间最短的。

str_list4还是构造了对象，因此虽然调用的是emplace_back，但传入的是左值引用A&，所以仍然比较耗时间。不过这也说明，emplace_back也可以像push_back一样传入要插入的对象（而不是构造对象的参数），这样的话走的还是类似push_back的流程，通过调用复制构造函数创建新对象。这种用法从试验结果上看，起码不会比push_back性能更差。