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【C++11】 改进程序性能的方法--emplace_back和无序容器

CPP开发前沿 2021-09-27
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C++11在性能上做了很大的改进，最大程度的减少了内存移动和拷贝，除了前面说的右值引用外，还有下面两个：
  • empalce系列函数通过直接构造对象的方式避免内存拷贝和移动；
  • 无序容器在插入元素时不排序，提升了插入效率，但是如果关键字是自定义的需要提供hash函数和比较函数

1 emplace系列函数
在C++11之前，向vector中插入数据时常用的方法是push_back，从C++11开始，又提供了empalce，emplace_back方法，这些方法可以看成是push_back的替代品，不但使用简单，而且性能提升也比较明显。emplace_back的使用方法如下：
struct A
{
int x;
double y;
    A(int a,double b):x(a),y(b){}
};  
int main()
{  
std::vector<A> v;
    v.emplace_back(1,2);
std::cout<<v.size()<<std::endl;
return 0;
}
从上面的代码可以看出，emplace_back方法使用简单，可以直接通过构造函数构造对象，因此，在实际编码的时候，我们也需要提供对象的构造方法，如果不提供，编译时将会报错，可以注释掉构造函数验证下。

相比push_back，emplace_back的性能优势也很明显，emplace_back通过减少内存移动和拷贝从而提升容器的插入性能，可以在上面的代码基础上改造完成。
struct A  
{
int x;
double y;
std::string z;
    A(int a,double b,std::string c):x(a),y(b),z(c) {
std::cout<<"is constructed"<<std::endl;
    }
    A(const A &otherA):x(otherA.x),y(otherA.y),z(std::move(otherA.z)){
std::cout<<"is moved"<<std::endl;
    }
};  
int main()
{  
std::vector<A> v;
std::cout<<"------emplace_back:---------"<<std::endl;
    v.emplace_back(1,2,"helloword");
std::cout<<"------push_back:---------"<<std::endl;
    v.push_back(A(3,4,"china"));
return 0;
}

运行结果如下：

------emplace_back:---------
is constructed
------push_back:---------
is constructed
is moved
is moved
从结果可以看出，在对vector的插入过程中，push_back方法构造了一次，移动了两次；使用emplace_back只进行了一次构造，没有进行内存的移动。

综上可以看出，在实际的应用中应该使用emplace系列函数代替传统的push_back等相关函数，但也需要注意一点，如果类或者结构体中没有提供构造函数，那么就不能使用emplace系列函数进行替换。


2 无序容器

C++11中新增了无序容器，如：unordered_map/unordered_multimap和unordered_set/unordered_multiset容器，在实际插入时，这些容器不在进行排序，因此相对有序的map和set来说效率都有提升。

map和set的底层实现是红黑树，对应的无序容器底层实现是Hash Table，由于内部通过哈希进行快速操作因此效率将会更高。在使用无序容器时，如果是基本类型数据，则不需要提供哈希函数和比较函数，使用方法和普通的map、set是一样的，如果数据类型是自定义的，在使用时需要提供哈希函数和比较函数，具体代码如下：
struct Key  
{
std::string first;
std::string second;
};  
struct KeyHash{
std::size_t operator() (const Key &k) const{
return std::hash<std::string>() (k.first)^
        (std::hash<std::string>() (k.second) << 1);
    }
};
struct KeyEqual{
bool operator()(const Key &lhs,const Key &rhs) const {
return lhs.first==rhs.first && lhs.second == rhs.second ;
    }
};
int main()
{  
//定义一个空的无序map 
std::unordered_map<std::string,std::string> mymap1;
//初始化
std::unordered_map<std::string,double> mymap2 = {
     {"mom",5.4},
     {"dad",6.1},
     {"bro",5.9} };
//拷贝构造
std::unordered_map<std::string,double> mymap3 = mymap2;
//移动构造
std::unordered_map<std::string,double> mymap4 = std::move(mymap2);
//区间构造
std::vector<std::pair<std::string,double> > v = {
         {"cpp",1},
         {"java",2}
     };
std::unordered_map<std::string,double> mymap5(v.begin(),v.end());
std::unordered_map<std::string,double> mymap7(mymap2.begin(),mymap2.end());
//自定义无序容器
std::unordered_map< Key,std::string,KeyHash,KeyEqual> mymap6={
         { {"cpp","top"},"one"},
         { {"java","top"},"two"}
     };
return 0;
}


从上面的代码可以看出，无序容器的用法和有序容器在使用上基本没有什么区别。

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