C++：将自动分配的对象添加到std::vector

Question

我写了以下代码：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

class AClass
{
    public:
        int data;

        AClass() 
        { data = -333; cout << "+ Creating default " << data << endl; }

        AClass(const AClass &copy) 
        { data = copy.data; cout << "+ Creating copy of " << data << endl; }

        AClass(int d) 
        { data = d; cout << "+ Creating " << data << endl; }

        ~AClass() 
        { cout << "- Deleting " << data << endl; }

        AClass& operator = (const AClass &a)
        {  data = a.data; cout << "= Calling operator=" << endl; }
};

int main(void)
{
    vector<AClass> v;

    for (int i = 3; i--; )
        v.push_back(AClass(i));

    vector<AClass>::iterator it = v.begin();
    while (it != v.end())
        cout << it->data << endl, it++;

    return 0;
}

程序的输出是：

+ Creating 2
+ Creating copy of 2
- Deleting 2
+ Creating 1
+ Creating copy of 1
+ Creating copy of 2
- Deleting 2
- Deleting 1
+ Creating 0
+ Creating copy of 0
+ Creating copy of 2
+ Creating copy of 1
- Deleting 2
- Deleting 1
- Deleting 0
2
1
0
- Deleting 2
- Deleting 1
- Deleting 0

然后，我将类更改为：

class AClass
{
    public:
        int data;

        AClass(int d) 
        { data = d; cout << "+ Creating " << data << endl; }

        ~AClass() 
        { cout << "- Deleting " << data << endl; }
};

然后输出变成：

+ Creating 2
- Deleting 2
+ Creating 1
- Deleting 2
- Deleting 1
+ Creating 0
- Deleting 2
- Deleting 1
- Deleting 0
2
1
0
- Deleting 2
- Deleting 1
- Deleting 0

在添加新对象时，vector似乎正在复制现有对象，但似乎正在发生许多不必要的分配/删除。为什么会这样呢？另外，为什么在我没有提供复制构造函数的情况下，第二个版本可以工作呢？

Answer 1

似乎向量在添加新对象时正在复制现有对象

当您添加元素时，例如使用v.push_back(AClass(i));，所做的就是创建一个临时的AClass对象并将其传递给push_back。然后，push_back必须将该对象复制到容器中。

您看到复制的另一个原因是std::vector将其元素连续地存储在一个数组中。如果底层数组中没有剩余空间，并且您尝试在末尾添加另一个元素，则std::vector必须创建一个新数组，将旧数组中的元素复制到新数组中，然后在末尾插入新元素。如果不希望发生这种情况，可以在开始插入元素之前调用std::vector::reserve在std::vector中保留足够的空间，或者可以使用不同的序列容器，如std::deque，它不会连续存储其元素。

似乎发生了很多不必要的分配/删除操作

在C++程序中，对象经常被创建和销毁。请注意，在您的程序中，复制AClass的成本非常低:它的大小可能是4或8个字节，仅足以容纳它的int数据成员。

如果你有一个复制成本很高的类型(例如，也许你有一个包含数千个节点的大型树数据结构)，那么是的，复制可能太昂贵了。在这种情况下，您可以将指向动态分配的对象的智能指针存储在std::vector中(例如，std::vector<shared_ptr<AClass> > )。如果您的编译器支持右值引用，并且具有支持移动的标准库实现，则可以通过实现移动构造函数和移动赋值运算符并使用emplace_back而不是push_back来使复制成本较高的类型可移动。

为什么在我没有提供复制构造函数的情况下第二个版本可以工作？

如果不声明复制构造函数，编译器将为您提供默认的复制构造函数。

Answer 2

Vector使用一个规则的T数组作为它的存储--当您创建一个这样的存储时，它必须以某种方式初始化空间，唯一的选择是一个默认构造函数。稍后，当您设置索引的值时，它会将其复制到该空间中。

在第二个版本中，即使您没有提供复制构造函数，也会自动为您生成一个。如果你声明了一个私有的，然后又没有实现它，你将会看到一个编译器错误(因为你已经抑制了默认的生成)

Answer 3

您的对象被复制，因为vector正在扩展其内部存储。如果您想要避免副本，请预先调用vector::reserve来预分配内存。如果您不提供自己的复制ctor，编译器将为您生成一个复制ctor(复制所有成员的ctor)。