C++vector等容器使用push_back和emplace_back的区别

女爷i 2023-01-19 13:53 102阅读 0赞

**目录**

push\_back()方法

emplace\_back()方法

测试1：使用两个不同的容器

测试2：使用同一个容器

总结

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emplace\_back是C++11之后往容器末尾添加元素的新方法。

> 具有push\_back()和emplace\_back()函数功能的容器：**deque、list、vector**

相同点：**都是往容器末尾添加元素**

区别：**底层实现机制不同**

>  *  **push\_back()**向容器尾部添加元素时，首先会创建这个元素，然后再将这个元素拷贝或移动到容器中（如果是拷贝的话，事后会自行销毁先前创建的这个元素）
>  *  **emplace\_back()**则直接在容器尾部创建这个元素省去了拷贝或移动元素的过程，所以在效率上更优。

# push\_back()方法 #

函数头：

void push_back (const value_type& val);
    void push_back (value_type&& val);//C++11新增

函数在vector的末尾创建一个元素，并将给定的数据赋给它。由于vector的性质，如果vector已经预先分配了可用的空间，则该操作可以在常量时间内完成。

**在插入前要先判断容器是否已满（size == capacity），如果未满，就构造新的元素，然后插入新的元素到末尾。如果已满，需要向申请一块较大的空间，然后将拷贝已有数据（拷贝构造函数），将原内存释放。然后再插入新的元素。**

C++中源码实现：

/**
     *  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VS2017中可以看到，push\_back()的内部使用了emplace\_back()来代替：

void push_back(const _Ty& _Val)
    		{	// insert element at end, provide strong guarantee
    		emplace_back(_Val);
    		}
    
    	void push_back(_Ty&& _Val)
    		{	// insert by moving into element at end, provide strong guarantee
    		emplace_back(_STD move(_Val));
    		}

# emplace\_back()方法 #

template<class... _Valty>
    		decltype(auto) emplace_back(_Valty&&... _Val)
    		{	// insert by perfectly forwarding into element at end, provide strong guarantee
            // 如果还有剩余空间
    		if (_Has_unused_capacity())
    			{
                //直接在元素末尾插入新的元素
    			return (_Emplace_back_with_unused_capacity(_STD forward<_Valty>(_Val)...));
    			}
            //否则就要扩容在插入
    		_Ty& _Result = *_Emplace_reallocate(this->_Mylast(), _STD forward<_Valty>(_Val)...);
    
       
        //判断是否还有剩余空间：通过两个指针判断是否指向同一个地方
    	bool _Has_unused_capacity() const noexcept
    		{	// micro-optimization for capacity() != size()
    		return (this->_Myend() != this->_Mylast());
    		}
    
    	template<class... _Valty>
            //在容器末尾直接插入新元素
    		decltype(auto) _Emplace_back_with_unused_capacity(_Valty&&... _Val)
    		{	// insert by perfectly forwarding into element at end, provide strong guarantee
    			// pre: _Has_unused_capacity()
    		_Alty_traits::construct(this->_Getal(), _Unfancy(this->_Mylast()), _STD forward<_Valty>(_Val)...);
    		_Orphan_range(this->_Mylast(), this->_Mylast());
    		_Ty& _Result = *this->_Mylast();
    		++this->_Mylast();

在emplace\_back中主要是std::forward()函数起了作用，它本质是一个类型转换函数：

> **static\_cast<\_Ty&&>(\_Arg)**

_NODISCARD constexpr _Ty&& forward(remove_reference_t<_Ty>&& _Arg) noexcept
    	{	// forward an rvalue as an rvalue
    	static_assert(!is_lvalue_reference_v<_Ty>, "bad forward call");
    	return (static_cast<_Ty&&>(_Arg));
    	}

**在强制类型转换中，将参数 `_Arg` 传递给对应类 `_Ty` 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**。

# 测试1：使用两个不同的容器 #

#include <iostream>
    #include <vector>
    using namespace std;
    class A
    {
    public:
    	A(int num):n(num) {
    		cout << "调用构造函数"<< n << endl;
    	}
    	A(const A& a):n(a.n) {
    		cout << "调用拷贝构造函数:"<< n << endl;
    	}
    //	A(A && a):n(a.n) {
    //		cout << "调用移动拷贝构造函数"<< n << endl;
    //	}
    	~A()
    	{
    		cout << "调用析构函数"<< n << endl;
    	}
    
    private:
    	int n;
    };
    
    int main(void) {
    
    	vector<A> v1,v2;
    	cout << "使用emplace_back:" << endl;
    	v1.emplace_back(666);//支持直接传入参数构造
    	//cout << "v1的size："<< v1.size() << endl;
    	//cout << "v1的capacity："<< v1.capacity() << endl<<endl;
    	cout << "使用push_back:" << endl;
    	v2.push_back(999);
    
    	return 0;
    }
    /*
     *
    使用emplace_back:
    调用构造函数666
    使用push_back:
    调用构造函数999
    调用拷贝构造函数999
    调用析构函数999
    调用析构函数999
    调用析构函数666
    */

可以看到：

> 1.  使用emplace\_back()只会调用构造函数，它是在容器中就地构造的，所以不需要使用拷贝构造函数和移动拷贝构造函数。
> 2.  使用push\_back()时，首先调用构造函数，然后使用移动拷贝构造函数将元素拷贝到容器中，然后析构一开始构造的，在容器外的那个元素。
> 3.  最后的两个析构函数是程序结束时，自动析构容器中的元素所产生的。

# 测试2：使用同一个容器 #

#include <iostream>
    #include <vector>
    using namespace std;
    class A
    {
    public:
    	A(int num):n(num) {
    		cout << "调用构造函数"<< n << endl;
    	}
    	A(const A& a):n(a.n) {
    		cout << "调用拷贝构造函数:"<< n << endl;
    	}
    	//A(A && a):n(a.n) {
    	//	cout << "调用移动拷贝构造函数"<< n << endl;
    	//}
    	~A()
    	{
    		cout << "调用析构函数"<< n << endl;
    	}
    
    private:
    	int n;
    };
    
    int main(void) {
    
    	vector<A> v1;
    	cout << "使用emplace_back:" << endl;
    	v1.emplace_back(1);//支持直接传入参数构造
    	cout << "v1的size：" << v1.size() << endl;
    	cout << "v1的capacity：" << v1.capacity() << endl << endl;
    	cout << "使用push_back:" << endl;
    	v1.push_back(2);
    	cout << "v1的size：" << v1.size() << endl;
    	cout << "v1的capacity：" << v1.capacity() << endl << endl;
    	v1.emplace_back(3);
    	return 0;
    }
    /*
     *
    使用emplace_back:
    调用构造函数1
    v1的size：1
    v1的capacity：1
    
    使用push_back:
    调用构造函数2
    调用拷贝构造函数:2
    调用拷贝构造函数:1
    调用析构函数1
    调用析构函数2
    v1的size：2
    v1的capacity：2
    
    调用构造函数3
    调用拷贝构造函数:1
    调用拷贝构造函数:2
    调用析构函数1
    调用析构函数2
    调用析构函数1
    调用析构函数2
    调用析构函数3
    */

最后的结果解析：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x1b2xhaWh1YTIwMTg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

# 总结 #

emplace\_back()函数比push\_back()有了一定的改进：

>  *  **性能优化：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**
>  *  **运行效率：省去了使用拷贝构造函数的过程，效率更高**

参考链接：

> [C++中push\_back和emplace\_back的区别][C_push_back_emplace_back]
> 
> [C++ STL vector添加元素（push\_back()和emplace\_back()）详解][C_ STL vector_push_back_emplace_back]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2x1b2xhaWh1YTIwMTg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221021/fce38677ac0f474289dd1665c2639938.png
[C_push_back_emplace_back]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/213853588
[C_ STL vector_push_back_emplace_back]: http://c.biancheng.net/view/6826.html