C++性能之战（3）--emplace_back VS push_back

客官°小女子只卖身不卖艺 2023-07-01 08:34 11阅读 0赞

# 0. 写在最前面 #

本文持续更新地址：[https://haoqchen.site/2020/01/17/emplace\_back-vs-push\_back/][https_haoqchen.site_2020_01_17_emplace_back-vs-push_back]

`std::vector`中实现了这两个函数，主要作用都是向一个`vector`中增加一个元素，但它们其实有很多细微的差别。有很多人似乎对这两个函数有一些误解，找了一些资料，然后自己做了个实验总结了一下这两个函数的异同。

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# 1. 总结及推荐 #

## 1.1 异同点 ##

1.  如果参数是**左值**，两个调用的都是copy constructor
2.  如果参数是**右值**，两个调用的都是move constructor（C++ 11后push\_back也支持右值）
3.  最主要的**区别**是，emplace\_back支持in-place construction，也就是说emplace\_back(10, “test”)可以只调用一次constructor，而push\_back(MyClass(10, “test”))必须多一次构造和析构

## 1.2 需要澄清的一些误解 ##

1.  `emplace_back`的效率比`push_back`高，无论什么情况下都高，所以可以无脑用。从上面1、2点可以看到，两者其实没有区别
2.  `push_back`不支持右值参数，不能调用move constructor，效率低。由[C++ Reference][C_ Reference]可以得知，C98是没有右值形参的，但C++11已经增加了。
3.  `emplace_back`的优势是右值时的效率优化。这是最大的误解，`emplace_back`的最大优势是它可以直接在vector的内存中去构建对象，不用在外面构造完了再copy或者move进去！！！

## 1.3 使用建议 ##

1.  左值用`push_back`
2.  右值用`emplace_back`
3.  局部变量尽量使用`emplace_back`in-place构建，不要先构建再拷贝或移动。

# 2. 实际测试 #

## 2.1 测试代码 ##

#include <iostream>
    #include <string>
    #include <vector>
    #include <time.h>
    
    class BaseClass
    {
        
    public:
      BaseClass(const std::string name, int count) : name_(name), count_(count)
      {
        
        std::cout << name_ << " constructor called" << std::endl;
      } 
      BaseClass(const BaseClass& b)
      {
        
        this->name_ = b.name_;
        std::cout << name_ << " copy constructor called" << std::endl;
      } 
      BaseClass(BaseClass&& b)
      {
        
        this->name_ = b.name_;
        std::cout << name_ << " move constructor called" << std::endl;
      } 
      virtual ~BaseClass()
      {
        
        std::cout << name_ << " destructor called" << std::endl;
      }
    private:
      std::string name_;
      int count_;
    };
    
    int main(int argc, char** argv)
    {
        
      std::vector<BaseClass> vec_bc;
      std::vector<std::string> vec_s;
      vec_bc.reserve(10); // 不提前reserve会有多次拷贝操作
    
      std::cout << "--------------------------------emplace_back rvalue:" << std::endl;
      vec_bc.emplace_back(BaseClass("b1", 1));
      vec_bc.emplace_back("b1_1", 1);
    
      std::cout << "--------------------------------push_back rvalue:" << std::endl;
      vec_bc.push_back(BaseClass("b3", 1));
      // vec_bc.push_back("b4_1");// 不能通过编译
    
      std::cout << "--------------------------------emplace_back lvalue:" << std::endl;
      BaseClass b2("b2", 1);
      vec_bc.emplace_back(b2);
      vec_bc.emplace_back(std::move(b2));
    
      std::cout << "--------------------------------push_back lvalue:" << std::endl;
      BaseClass b4("b4", 1);
      vec_bc.push_back(b4);
      vec_bc.push_back(std::move(b4));
    
      // vec_bc.shrink_to_fit(); // 存在移动的可能
      std::cout << "--------------------------------destruct:" << std::endl;
    }

## 2.2 编译指令 ##

g++ emplace_push_back.cpp -std=c++11 -o test -O0

## 2.3 结果输出 ##

--------------------------------emplace_back rvalue:
    b1 constructor called
    b1 move constructor called
    b1 destructor called
    b1_1 constructor called
    --------------------------------push_back rvalue:
    b3 constructor called
    b3 move constructor called
    b3 destructor called
    --------------------------------emplace_back lvalue:
    b2 constructor called
    b2 copy constructor called
    b2 move constructor called
    --------------------------------push_back lvalue:
    b4 constructor called
    b4 copy constructor called
    b4 move constructor called
    --------------------------------destruct:
    b4 destructor called
    b2 destructor called
    b1 destructor called
    b1_1 destructor called
    b3 destructor called
    b2 destructor called
    b2 destructor called
    b4 destructor called
    b4 destructor called

## 2.4 结果分析 ##

1.  可以看到，emplace和push对于右值是没有差异的，左值也是没有差异的，调用的构造函数类型和数量都是一样的。
2.  区别在于`b1_1`这种构造方式，`emplace_back`只调用一次普通构造函数，`push_back`直接不支持这种操作。

## 2.5 我该怎么办 ##

先来看两者的实现源码：

void push_back(const value_type& __x)
    {
        
        if (this->_M_impl._M_finish != this->_M_impl._M_end_of_storage)
        {
        
            _Alloc_traits::construct(this->_M_impl, this->_M_impl._M_finish, __x);
            ++this->_M_impl._M_finish;
        }
        else
        #if __cplusplus >= 201103L
            _M_emplace_back_aux(__x);
        #else
            _M_insert_aux(end(), __x);
        #endif
    }
    
    
    
    void push_back(value_type&& __x)
    {
         
        emplace_back(std::move(__x)); 
    }
    
    
    
    #if __cplusplus >= 201103L
    template<typename _Tp, typename _Alloc>
    template<typename... _Args>
    void vector<_Tp, _Alloc>::emplace_back(_Args&&... __args)
    {
        
        if (this->_M_impl._M_finish != this->_M_impl._M_end_of_storage)
        {
        
            _Alloc_traits::construct(this->_M_impl, this->_M_impl._M_finish, std::forward<_Args>(__args)...);
            ++this->_M_impl._M_finish;
        }
        else
            _M_emplace_back_aux(std::forward<_Args>(__args)...);
    }
    #endif

可以看到：

1.  当参数是左值时，`push_back`和`emplace_back`的区别在于后者对参数多进行了一个`std::forward`操作
2.  当参数是右值时，`push_back`其实是调用的`emplace_back`实现的。

所以什么时候该用什么就很明显了。

# 3. 题外话 #

上面的代码有两句话特别注释了，分别是：

vec_bc.reserve(10); // 不提前reserve会有多次拷贝操作

以及

// vec_bc.shrink_to_fit(); // 存在移动的可能

大家可以注释掉第一句或者取消第二句的注释试试，会出现非常多莫名其妙的copy constructor和析构。

`push_back`和`emplace_back`的说明里都有类似的一句话：“This effectively increases the container size by one, which causes an automatic reallocation of the allocated storage space if -and only if- the new vector size surpasses the current vector capacity.”

意思就是vector的`size`超过`capacity`时会重新进行内存分配（一般是double），并把原有的数据拷贝到新申请的地址。这是vector的实现细节，有兴趣可以自己钻研。

# 参考 #

*  [C++ Reference std::vector::push\_back][C_ Reference]
 *  [C++ Reference std::vector::emplace\_back][C_ Reference std_vector_emplace_back]

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[Star]: https://github.com/HaoQChen/HaoQChen.github.io
[C_ Reference]: http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/push_back/
[C_ Reference std_vector_emplace_back]: http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/emplace_back/