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C++ vector push_back和emplace_back C++ 对象构造次数对比分析【效率】

穿越時空

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发布时间:2026-02-02 18:43:12

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来源于php中文网

原创

push_back 传左值时调用一次拷贝或移动构造,传右值时优先移动构造;emplace_back 直接就地构造,避免中间对象,仅当参数匹配目标构造函数时才真正减少构造次数。

c++ vector push_back和emplace_back c++ 对象构造次数对比分析【效率】

push_back 会触发几次构造函数?

当传入一个已存在的对象时,push_back 一定调用一次拷贝构造(或移动构造,如果对象支持且满足条件);如果传入的是临时对象或右值,编译器可能优化掉拷贝(RVO/NRVO),但语义上仍要求类型具备可拷贝/可移动性。

常见错误现象:std::vector v; v.push_back(NonCopyable{1}); 编译失败——因为 NonCopyable 禁用了拷贝和移动,而 push_back 的重载签名强制要求可移动(C++11 起)。

  • 传左值:调用拷贝构造(或移动构造,若左值被 std::move 显式转换)
  • 传右值:优先调用移动构造;若类型不可移动,则退化为拷贝构造
  • 即使对象内部有优化(如小字符串优化),外部容器操作仍需完成一次完整构造过程

emplace_back 如何减少构造次数?

emplace_back 直接在 vector 尾部的未初始化内存上调用类的构造函数,绕过中间对象的创建。它接受任意参数列表,完美转发给目标类型的构造函数。

使用场景:构造开销大、不可拷贝/不可移动、或带多个参数的类型(如 std::string("hello")std::pair(42, "world"))。

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  • std::vector<:string> 执行 v.emplace_back("hello"):只调用一次 std::string 的 const char* 构造函数
  • 等价的 v.push_back(std::string("hello")):先构造临时 std::string,再移动(或拷贝)进 vector,至少两次构造行为
  • 若类型没有匹配的构造函数(比如只提供默认构造+赋值),emplace_back 会编译失败,而非静默降级

何时 emplace_back 反而更慢?

不是所有情况都适合无脑换用 emplace_back。它的优势依赖于“就地构造”能省掉的步骤是否真实存在。

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性能陷阱:

  • 对 trivial 类型(如 intstd::array),两者生成的汇编几乎一致,无实际差异
  • 若参数本身就需要构造临时对象(如 v.emplace_back(get_string(), get_int())),这些临时对象仍会先被构造,再转发——只是 vector 内部不额外拷贝
  • 调试模式下,emplace_back 的模板展开可能拖慢编译速度,且错误信息更难读(尤其参数类型不匹配时)
  • 某些标准库实现对小对象的 push_back 做了移动优化,实际观测不到差别

实测构造次数验证方法

最直接的方式是写一个带计数器的测试类,重载各构造函数并打印日志:

struct Tracked {
    static int ctor_count, copy_count, move_count;
    Tracked() { ++ctor_count; }
    Tracked(int) { ++ctor_count; }
    Tracked(const Tracked&) { ++copy_count; }
    Tracked(Tracked&&) { ++move_count; }
};
int Tracked::ctor_count = 0, Tracked::copy_count = 0, Tracked::move_count = 0;

然后分别运行:

  • v.push_back(Tracked{42}); → 观察 ctor_countmove_count
  • v.emplace_back(42); → 通常只有 ctor_count +1
  • v.push_back(Tracked{}); → 若 Tracked{} 是左值,还会触发一次移动或拷贝

注意:编译器优化(-O2)可能内联或消除部分调用,建议关掉优化或加 volatile 强制保留日志逻辑来观察真实行为。

真正容易被忽略的是:emplace_back 的“零拷贝”优势只在构造函数参数能直接传递、且目标类型确实支持对应构造签名时才成立。传错参数类型不会报“构造失败”,而是报一长串模板推导错误——这时候回头检查构造函数声明比硬调参数更省时间。

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