将多个元素高效地插入 STL 容器，提升C++代码性能

一、将多个元素插入 STL 容器

在 STL 中，可以大量使用了输出迭代器，例如 std::back_inserter。虽然这样的迭代器非常方便，但在某些情况下并不想使用它们。例如，将多个连续元素插入 STL 容器。

使用 std::back_inserter 插入多个元素的次优方法是将其与 std::copy 结合使用：

std::vector<int> v;
std::vector<int> newElements = {1, 3, 4, 2, -7, 8};

std::copy(begin(newElements), end(newElements), std::back_inserter(v));

在这里，std::copy 逐个将 newElements 中的每个元素传递给输出迭代器，该迭代器通过调用其 push_back 方法将它们添加到 v 中。这完成了工作：在执行 std::copy 之后，newElements 中的所有元素都已有效地复制到 v 中。

这里的问题是，即使在调用 std::copy 之前，整个元素集合已经知道（知道有多少个元素），但此信息被丢弃了。相反，反复将元素 push_back 到向量 v 中，就好像每次都在发现还有另一个元素要追加一样。这可能会导致vector多次重新分配。

提前知道要添加多少个元素可以被vector利用。这使它能够在操作期间最大限度地减少重新分配内存次数：它会在开始操作之前一次性重新分配，而不是在多次调用 push_back 时多次重新分配。

那么，如何在插入vector时利用此信息呢？只需使用范围插入方法。

在vector初始化时，使用范围构造函数：

std::vector<int> v{begin(newElements), end(newElements)};

为了将多个新元素追加到现有vector：

v.insert(end(v), begin(newElements), end(newElements));

请注意，这些方法也存在于其他 STL 容器中，特别是 std::set 和 std::map。

最后，要将vector的整个内容替换为 newElements：

v.assign(begin(newElements), end(newElements));

在执行 assign 之后，所有先前元素都被新的元素替换，无论新旧元素的数量如何。但是，assign 方法不存在于关联容器（如 std::set 和 std::map）中。

二、std::copy 有用吗？

当然有用。

在上述情况下，std::copy 不合适，因为它盲目地扩展了容器的大小。但有时，不会扩展容器的大小，或者无法提前知道要添加多少个元素。

例如，如果容器已经包含值，并且想要从开头覆盖它们，可以使用 std::copy：

std::vector<int> v = {5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5};
std::vector<int> newElements = {1, 2, 3};

std::copy(begin(newElements), end(newElements), begin(v));
// v 现在包含 {1, 2, 3, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5, 5};

当然，v 必须大于 newElements 才能正常工作。

另一个例子是写入 C 数组：

int a[10] = {};
std::vector<int> newElements = {1, 2, 3};

std::copy(begin(newElements), end(newElements), std::begin(a));
// a 现在包含 {1, 2, 3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0};

三、std::back_inserter 有用吗？

再次有用！

它通常用于将执行std::copy以外的任何算法的结果添加到容器中。例如 std::copy_if：

std::vector<int> v;
std::vector<int> newElements = {1, 3, 2, 4, 3, 2, 2};

std::copy_if(begin(newElements), end(newElements), std::back_inserter(v), [](int i){return i % 2 == 0;});

在这里，没有直接的范围要插入到目标容器中，因此无法使用范围插入方法。

但是，如果知道要插入多少个元素，可以在插入之前执行 reserve，这样vector在插入期间就不会多次重新分配。在这种情况下，需要事先执行 count_if。这可能是过度使用的，取决于这段代码是否被证明是性能瓶颈。

四、总结

要将多个元素插入容器，尽可能使用容器方法：

• 范围插入方法： 适用于已知要插入元素数量的情况，能够最大限度地减少内存重新分配，提升插入效率。
• assign 方法： 适用于替换容器中所有元素的情况，但仅适用于序列容器，例如 std::vector。

当无法使用容器方法时，可以使用 std::copy 或 std::back_inserter 结合其他算法：

• std::copy： 适用于覆盖容器中已有元素或写入 C 数组的情况。
• std::back_inserter： 适用于将算法结果添加到容器中，例如 std::copy_if。

一些额外的建议：

• 了解容器的特性，选择最适合的插入方法。
• 提前预估要插入的元素数量，避免频繁的内存重新分配。
• 使用 reserve 方法预留空间，进一步提高插入效率。
• 避免过度使用 std::copy 和 std::back_inserter，它们可能会导致性能问题。

通过掌握这些技巧，可以有效地将多个元素插入 STL 容器，并提升代码性能。