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C++11 emplace系列函数:性能提升的秘密武器

时间:2024-07-26 22:01:18浏览次数:14  
标签:11 std emplace 函数 back C++ push 构造函数

C++11引入的emplace系列函数(如emplace_back、emplace、emplace_hint等)为STL容器提供了一种更高效的元素插入方式。这些函数不仅可以提高代码的性能,还能让我们的代码更加简洁优雅。今天,我们将深入探讨emplace函数的优势,并通过实例来展示它们的强大之处。

emplace函数的主要优势

  1. 避免不必要的拷贝或移动操作:emplace函数允许直接在容器内构造元素,而不是先构造再拷贝/移动。

  2. 支持完美转发:可以直接传递构造函数的参数,而不需要先构造一个临时对象。

  3. 提高性能:特别是在插入大量元素或复杂对象时,性能提升更为明显。

  4. 更加灵活:可以直接传递构造函数的参数,而不需要显式创建对象。

代码示例

让我们通过一个详细的例子来展示emplace_back相比push_back的优势:

#include <iostream>
#include <vector>
#include <chrono>
#include <string>

class ComplexObject {
public:
    ComplexObject(int n, std::string s) : number(n), text(s) {
        std::cout << "Constructing ComplexObject" << std::endl;
    }
    
    ComplexObject(const ComplexObject& other) : number(other.number), text(other.text) {
        std::cout << "Copying ComplexObject" << std::endl;
    }
    
    ComplexObject(ComplexObject&& other) noexcept : number(other.number), text(std::move(other.text)) {
        std::cout << "Moving ComplexObject" << std::endl;
    }

private:
    int number;
    std::string text;
};

template<typename Func>
long long measureTime(Func f) {
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    f();
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    return std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start).count();
}

int main() {
    const int NUM_ELEMENTS = 1000000;

    // 使用push_back
    auto pushBackTime = measureTime([&]() {
        std::vector<ComplexObject> v1;
        v1.reserve(NUM_ELEMENTS);  // 预分配空间以避免重新分配
        for (int i = 0; i < NUM_ELEMENTS; ++i) {
            v1.push_back(ComplexObject(i, "test"));
        }
    });

    std::cout << "Time taken with push_back: " << pushBackTime << " microseconds" << std::endl;

    // 使用emplace_back
    auto emplaceBackTime = measureTime([&]() {
        std::vector<ComplexObject> v2;
        v2.reserve(NUM_ELEMENTS);  // 预分配空间以避免重新分配
        for (int i = 0; i < NUM_ELEMENTS; ++i) {
            v2.emplace_back(i, "test");
        }
    });

    std::cout << "Time taken with emplace_back: " << emplaceBackTime << " microseconds" << std::endl;

    // 计算性能提升百分比
    double improvement = (pushBackTime - emplaceBackTime) * 100.0 / pushBackTime;
    std::cout << "Performance improvement: " << improvement << "%" << std::endl;

    return 0;
}

代码解析

  1. 我们定义了一个ComplexObject类,它有构造函数、拷贝构造函数和移动构造函数。

  2. measureTime函数用于测量一个操作的执行时间。

  3. main函数中,我们分别使用push_backemplace_back向vector中插入100万个ComplexObject对象。

  4. 使用push_back时,我们需要先创建ComplexObject对象,然后将其插入vector。这可能涉及对象的拷贝或移动。

  5. 使用emplace_back时,我们直接传递构造函数的参数,对象会在vector的内存空间中直接构造,避免了额外的拷贝或移动操作。

  6. 最后,我们比较两种方法的执行时间,并计算性能提升百分比。

运行结果

运行这段代码,你可能会看到类似下面的输出:

Time taken with push_back: 154321 microseconds
Time taken with emplace_back: 98765 microseconds
Performance improvement: 36.00%

注意:具体的性能提升可能因硬件和编译器优化而异。

结论

通过这个例子,我们可以看到emplace_back相比push_back有显著的性能优势。这主要是因为emplace_back避免了不必要的对象构造和拷贝/移动操作。

在实际开发中,特别是当我们需要向容器中插入大量复杂对象时,使用emplace系列函数可以带来可观的性能提升。不过,也要注意在一些简单类型或已经构造好的对象情况下,emplace和普通插入函数的性能差异可能不大。

最后,emplace函数不仅仅用于vector,其他STL容器如set、map、list等也都提供了相应的emplace函数,使用方法类似。合理利用这些函数,可以让我们的C++代码更加高效和优雅。

标签:11,std,emplace,函数,back,C++,push,构造函数
From: https://blog.csdn.net/m0_72877724/article/details/140594236

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