全面理解-STL容器中push_back与emplace_back的区别

在 C++ 的 std::vector 中，push_back 和 emplace_back 都是用于向容器末尾添加元素的成员函数，但它们的实现机制和使用场景有显著区别。

以下是两者的核心差异：

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1. 参数传递方式

• push_back
  接受一个已构造的对象作为参数（拷贝或移动）：

  • 若传递左值（已存在的对象），会调用拷贝构造函数。

  • 若传递右值（临时对象或 std::move 的结果），会调用移动构造函数（如果存在）。

  std::vector<std::string> vec;
  std::string s = "hello";
  
  vec.push_back(s);            // 拷贝构造（s 是左值）
  vec.push_back("world");      // 移动构造（临时对象是右值）

• emplace_back
  直接通过参数包（variadic arguments）在容器内存中就地构造对象，避免临时对象的拷贝或移动。
  它使用**完美转发（perfect forwarding）**将参数传递给元素的构造函数。

  vec.emplace_back(3, 'a');    // 直接在 vector 内构造 std::string(3, 'a')

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2. 性能差异

• 对于需要拷贝/移动的类型（如非平凡类型 std::string、自定义类）：

  • emplace_back 通常更高效，因为它跳过临时对象的构造。

  • push_back 可能多一次拷贝/移动操作。

  class MyClass {
  public:
      MyClass(int a, int b) { /*...*/ }
      MyClass(const MyClass&) { std::cout << "Copy\n"; }
      MyClass(MyClass&&) { std::cout << "Move\n"; }
  };
  
  std::vector<MyClass> vec;
  
  vec.push_back(MyClass(1, 2));  // 1. 构造临时对象 -> 2. 移动构造到容器
  vec.emplace_back(1, 2);        // 直接构造在容器内（无拷贝/移动）
  
  //输出：
  Move  // push_back
  (无输出)  // emplace_back

• 对于简单类型（如 int、double）：
  两者性能几乎无差别。

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3. 使用场景

• 优先使用 emplace_back：
  当需要直接通过构造函数参数添加元素时，尤其是构造参数较多或对象较大时。

  vec.emplace_back("hello", 5);    // 直接调用 std::string(const char*, size_t)

• 使用 push_back：
  当已经有一个存在的对象需要添加到容器中（尤其是需要拷贝时）。

  std::string existing_str = "hello";
  vec.push_back(existing_str);     // 显式拷贝

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4. 类型要求

• push_back：
  要求元素类型可拷贝构造或移动构造。

• emplace_back：
  要求元素类型有与参数包匹配的构造函数。

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5. 返回值（C++17 起）

• push_back：无返回值（void）。

• emplace_back：返回新插入元素的引用（reference）。
  可链式调用：

  vec.emplace_back(1, 2).doSomething();

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6. 显式构造函数调用

emplace_back 可能因参数隐式转换导致意外行为，需注意显式构造函数：

class Wrapper {
public:
    explicit Wrapper(int x) { /*...*/ }  // explicit 构造函数
};

std::vector<Wrapper> vec;
vec.push_back(10);        // ❌ 错误：不能隐式转换 int 到 Wrapper
vec.push_back(Wrapper(10));  // ✅ 需显式构造
vec.emplace_back(10);     // ✅ 合法：直接调用 Wrapper(int)

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总结

特性	push_back	emplace_back
参数类型	对象（左值/右值）	构造参数包
临时对象构造	需要（可能触发拷贝/移动）	不需要（直接就地构造）
性能（非平凡类型）	较低（多一次拷贝/移动）	较高
适用场景	已有对象需要拷贝/移动时	直接通过参数构造新对象时
返回值	void	新元素的引用（C++17 起）

建议：

• 默认优先使用 emplace_back，尤其是构造对象时代码更简洁且性能更优。

• 若需强制拷贝或移动语义，或处理显式构造函数时，使用 push_back。