C++11 emplace系列函数：性能提升的秘密武器

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

C++11引入的emplace系列函数（如emplace_back、emplace、emplace_hint等）为STL容器提供了一种更高效的元素插入方式。这些函数不仅可以提高代码的性能，还能让我们的代码更加简洁优雅。今天，我们将深入探讨emplace函数的优势，并通过实例来展示它们的强大之处。

emplace函数的主要优势

1. 避免不必要的拷贝或移动操作：emplace函数允许直接在容器内构造元素，而不是先构造再拷贝/移动。
2. 支持完美转发：可以直接传递构造函数的参数，而不需要先构造一个临时对象。
3. 提高性能：特别是在插入大量元素或复杂对象时，性能提升更为明显。
4. 更加灵活：可以直接传递构造函数的参数，而不需要显式创建对象。

代码示例

让我们通过一个详细的例子来展示emplace_back相比push_back的优势：

#include <iostream> #include <vector> #include <chrono> #include <string> class ComplexObject { public: ComplexObject(int n, std::string s) : number(n), text(s) { std::cout << "Constructing ComplexObject" << std::endl; } ComplexObject(const ComplexObject& other) : number(other.number), text(other.text) { std::cout << "Copying ComplexObject" << std::endl; } ComplexObject(ComplexObject&& other) noexcept : number(other.number), text(std::move(other.text)) { std::cout << "Moving ComplexObject" << std::endl; } private: int number; std::string text; }; template<typename Func> long long measureTime(Func f) { auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now(); f(); auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now(); return std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count(); } int main() { const int NUM_ELEMENTS = ; // 使用push_back auto pushBackTime = measureTime([&]() { std::vector<ComplexObject> v1; v1.reserve(NUM_ELEMENTS); // 预分配空间以避免重新分配 for (int i = 0; i < NUM_ELEMENTS; ++i) { v1.push_back(ComplexObject(i, "test")); } }); std::cout << "Time taken with push_back: " << pushBackTime << " microseconds" << std::endl; // 使用emplace_back auto emplaceBackTime = measureTime([&]() { std::vector<ComplexObject> v2; v2.reserve(NUM_ELEMENTS); // 预分配空间以避免重新分配 for (int i = 0; i < NUM_ELEMENTS; ++i) { v2.emplace_back(i, "test"); } }); std::cout << "Time taken with emplace_back: " << emplaceBackTime << " microseconds" << std::endl; // 计算性能提升百分比 double improvement = (pushBackTime - emplaceBackTime) * 100.0 / pushBackTime; std::cout << "Performance improvement: " << improvement << "%" << std::endl; return 0; } 

代码解析

1. 我们定义了一个ComplexObject类，它有构造函数、拷贝构造函数和移动构造函数。
2. measureTime函数用于测量一个操作的执行时间。
3. 在main函数中，我们分别使用push_back和emplace_back向vector中插入100万个ComplexObject对象。
4. 使用push_back时，我们需要先创建ComplexObject对象，然后将其插入vector。这可能涉及对象的拷贝或移动。
5. 使用emplace_back时，我们直接传递构造函数的参数，对象会在vector的内存空间中直接构造，避免了额外的拷贝或移动操作。
6. 最后，我们比较两种方法的执行时间，并计算性能提升百分比。

运行结果

运行这段代码，你可能会看到类似下面的输出：

Time taken with push_back:  microseconds Time taken with emplace_back: 98765 microseconds Performance improvement: 36.00% 

注意：具体的性能提升可能因硬件和编译器优化而异。

结论

通过这个例子，我们可以看到emplace_back相比push_back有显著的性能优势。这主要是因为emplace_back避免了不必要的对象构造和拷贝/移动操作。

在实际开发中，特别是当我们需要向容器中插入大量复杂对象时，使用emplace系列函数可以带来可观的性能提升。不过，也要注意在一些简单类型或已经构造好的对象情况下，emplace和普通插入函数的性能差异可能不大。

最后，emplace函数不仅仅用于vector，其他STL容器如set、map、list等也都提供了相应的emplace函数，使用方法类似。合理利用这些函数，可以让我们的C++代码更加高效和优雅。