c – 幕后的push_back()和emplace_back()

我目前正在学习C语言,我很好奇push_back()和emplace_back()是如何工作的.当你试图构造并将一个大对象推送到容器的后面时,我总是假设emplace_back()更快,就像向量一样.

假设我有一个Student对象,我想要附加到学生矢量的背面.

struct Student {
   string name;
   int student_ID;
   double GPA;
   string favorite_food;
   string favorite_prof;
   int hours_slept;
   int birthyear;
   Student(string name_in, int ID_in, double GPA_in, string food_in, 
           string prof_in, int sleep_in, int birthyear_in) :
           /* initialize member variables */ { }
};

假设我调用push_back()并将Student对象推送到向量的末尾：

vector<Student> vec;
vec.push_back(Student("Bob", 123456, 3.89, "pizza", "Smith", 7, 1997));

我的理解是push_back在向量之外创建一个Student对象的实例,然后将其移动到向量的后面.

图：

我也可以安抚而不是推动：

vector<Student> vec;
vec.emplace_back("Bob", 123456, 3.89, "pizza", "Smith", 7, 1997);

我的理解是,Student对象是在向量的最后面构造的,因此不需要移动.

图：

因此,放置更快是有意义的,特别是如果添加了许多Student对象.但是,当我计算这两个版本的代码时：

for (int i = 0; i < 10000000; ++i) {
    vec.push_back(Student("Bob", 123456, 3.89, "pizza", "Smith", 7, 1997));
}

和

for (int i = 0; i < 10000000; ++i) {
    vec.emplace_back("Bob", 123456, 3.89, "pizza", "Smith", 7, 1997);
}

我期望后者更快,因为不需要移动大的Student对象.奇怪的是,emplace_back版本最终变慢了(多次尝试).我还尝试插入10000000个Student对象,其中构造函数接受引用,push_back()和emplace_back()中的参数存储在变量中.这也没有用,因为安慰仍然较慢.

我已经检查过以确保在两种情况下都插入了相同数量的对象.时差不是太大,但安慰结束时间慢了几秒钟.

我对push_back()和emplace_back()如何工作的理解有什么问题吗？非常感谢您的宝贵时间！

根据要求,这是代码.我正在使用g编译器.

推回：

struct Student {
   string name;
   int student_ID;
   double GPA;
   string favorite_food;
   string favorite_prof;
   int hours_slept;
   int birthyear;
   Student(string name_in, int ID_in, double GPA_in, string food_in, 
           string prof_in, int sleep_in, int birthyear_in) :
           name(name_in), student_ID(ID_in), GPA(GPA_in), 
           favorite_food(food_in), favorite_prof(prof_in),
           hours_slept(sleep_in), birthyear(birthyear_in) {}
};

int main() {
    vector<Student> vec;
    vec.reserve(10000000);
    for (int i = 0; i < 10000000; ++i) 
         vec.push_back(Student("Bob", 123456, 3.89, "pizza", "Smith", 7, 1997));
    return 0;
}

Emplace back：

struct Student {
   string name;
   int student_ID;
   double GPA;
   string favorite_food;
   string favorite_prof;
   int hours_slept;
   int birthyear;
   Student(string name_in, int ID_in, double GPA_in, string food_in, 
           string prof_in, int sleep_in, int birthyear_in) :
           name(name_in), student_ID(ID_in), GPA(GPA_in), 
           favorite_food(food_in), favorite_prof(prof_in),
           hours_slept(sleep_in), birthyear(birthyear_in) {}
};

int main() {
    vector<Student> vec;
    vec.reserve(10000000);
    for (int i = 0; i < 10000000; ++i) 
         vec.emplace_back("Bob", 123456, 3.89, "pizza", "Smith", 7, 1997);
    return 0;
}

解决方法:

此行为是由于std :: string的复杂性.这里有几件事情在互动：

>小字符串优化(SSO)
>在push_back版本中,编译器能够在编译时确定字符串的长度,而编译器无法为emplace_back版本执行此操作.因此,emplace_back调用需要调用strlen.此外,由于编译器不知道字符串文字的长度,它必须为SSO和非SSO情况发出代码(参见Jason Turner的“Initializer Lists Are Broken, Let’s Fix Them”;这是一个长篇大论,但他遵循插入字符串的问题整个矢量)

考虑这种更简单的类型：

struct type {
  std::string a;
  std::string b;
  std::string c;

  type(std::string a, std::string b, std::string c)
    : a{a}
    , b{b}
    , c{c}
  {}
};

请注意构造函数如何复制a,b和c.

Testing this against a baseline of just allocating memory,我们可以看到push_back优于emplace_back：

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因为示例中的字符串都适合SSO缓冲区,所以复制与在这种情况下移动一样便宜.因此,构造函数非常有效,而emplace_back的改进效果较小.

另外,如果我们在the assembly搜索对push_back的调用和对emplace_back的调用：

// push_back call
void foo(std::vector<type>& vec) {
    vec.push_back({"Bob", "pizza", "Smith"});
}

// emplace_back call
void foo(std::vector<type>& vec) {
    vec.emplace_back("Bob", "pizza", "Smith");
}

(大会没有在这里复制.它很庞大.std :: string很复杂)

我们可以看到emplace_back调用了strlen,而push_back则没有.由于字符串文字和正在构造的std :: string之间的距离增加,编译器无法优化对strlen的调用.

显式调用std :: string构造函数会删除对strlen的调用,但不会再对其进行构造,因此无法加速emplace_back.

所有这些说,if we leave the SSO by using long enough strings,分配成本完全淹没了这些细节,因此emplace_back和push_back都具有相同的性能：

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如果你修改了类型的构造函数来移动它的参数,那么emplace_back在所有情况下都会变得更快.

struct type {
  std::string a;
  std::string b;
  std::string c;

  type(std::string a, std::string b, std::string c)
    : a{std::move(a)}
    , b{std::move(b)}
    , c{std::move(c)}
  {}
};

SSO case

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Long case

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然而,SSO push_back案例放缓;编译器似乎发出了额外的副本.

optimal version of perfect forwarding没有这个缺点(请注意垂直轴上的刻度变化)：

struct type {
  std::string a;
  std::string b;
  std::string c;

  template <typename A, typename B, typename C>
  type(A&& a, B&& b, C&& c)
    : a{std::forward<A>(a)}
    , b{std::forward<B>(b)}
    , c{std::forward<C>(c)}
  {}
};

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标签：c,c11,vector,std,move-semantics
来源： https://codeday.me/bug/20190910/1799003.html