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

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：

 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++ STL vector添加元素（push_back()和emplace_back()）详解