C++ emplace_back.md

概 述

我们在对STL容器进行插入操作时，常会使用 insert 或 push_back 。C++11提出了更高效的插入方法：emplace。本文将介绍C++11新特性中 emplace 的使用与原理。

使 用

首先，介绍下 emplace 相对应的函数

vector
emplace <--> insert
emplace_back​ <--> ​push_back

set
emplcace <--> insert

map
emplace <--> insert

简单的使用，以 vector 的 emplace_back 为例

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

struct Student {
    string name;
    int age;

    Student(string&& n, int a)
        :name(std::move(n)), age(a)
    {
    }
};

int main()
{
    //基本数据类型的插入
    vector<int> arr;
    arr.push_back(1);
    arr.emplace_back(1);
  
    //自定义类型的插入
    vector<Student> classes;
    classes.emplace_back("xiaohong", 24); //无需先创建类
    classes.push_back(Student("xiaoming", 23)); //需先创建类
}

原 理

push_back()：先向容器尾部添加一个右值元素(临时对象)，然后调用构造函数构造出这个临时对象，最后调用移动构造函数将这个临时对象放入容器中并释放这个临时对象。
注： 最后调用的不是拷贝构造函数，而是移动构造函数。因为需要释放临时对象，所以通过 std::move 进行移动构造，可以避免不必要的拷贝操作
emplace_back()：在容器尾部添加一个元素，调用构造函数原地构造，不需要触发拷贝构造和移动构造。因此比 push_back() 更加高效。
示例代码：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

struct Student {
    string name;
    int age;

    Student(string&& n, int a)
        :name(std::move(n)), age(a)
    {
        cout << "构造" << endl;
    }

    Student(const Student& s)
        : name(std::move(s.name)), age(s.age)
    {
        cout << "拷贝构造" << endl;;
    }

    Student(Student&& s)
        :name(std::move(s.name)), age(s.age)
    {
        cout << "移动构造" << endl;
    }

    Student& operator=(const Student& s);
};

int main()
{
    vector<Student> classes_one;
    vector<Student> classes_two;

    cout << "emplace_back:" << endl;
    classes_one.emplace_back("xiaohong", 24);

    cout << "push_back:" << endl;
    classes_two.push_back(Student("xiaoming", 23));
}

执行结果：

进一步讨论

看了上文的示例代码，可能会有人问，为什么要分成两个容器分开插入来查看结果呢？因为一起插入时，会触发未知的拷贝构造操作，以及多次进行 emplace_back() 或 push_back() 操作时，也会触发拷贝构造操作。
这些拷贝构造操作是什么呢？这和vector的原理有关。当多次插入操作导致vector已满时，就要分配一块更大的内存(比原始大小多50%)，将原始数据复制过来并释放之前的内存。原始数据的复制就是这些拷贝构造操作。
进行多次插入，查看运行结果：

int main()
{
    vector<Student> classes;

    classes.emplace_back("xiaohong", 24);
    classes.emplace_back("xiaohong", 24);
    classes.emplace_back("xiaohong", 24);
    classes.emplace_back("xiaohong", 24);
    classes.emplace_back("xiaohong", 24);
    classes.emplace_back("xiaohong", 24);
    classes.emplace_back("xiaohong", 24);
    classes.emplace_back("xiaohong", 24);
}

上图打印的“拷贝构造”即vector满时，需要分配更大的内存并复制原始数据而产生的。并且每次分配更大内存时，都比原始大小多50%，即1->2->3->4->6...