使用emplace_back添加std::pair对象时，如何避免临时变量的创建与销毁？

问题描述 #

我有一个存储std::pair类型元素的vector容器，发现添加元素时存在大量构造/析构操作。以下是演示代码及运行输出：

演示代码 #

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

struct A { 
  explicit A(int a) : a_(a) {
    printf("%d created at %p\n", a_, (void *)this);
  }
  A(const A &other) : a_(other.a_) { printf("%d copied\n", a_); }
  A(A &&other) : a_(other.a_) {
    printf("%d moved into %p\n", a_, (void *)this);
  }
  A &operator=(const A &other) {
    printf("%d copy assigned\n", a_);
    a_ = other.a_;
    return *this;
  }
  A &operator=(A &&other) {
    printf("%d move assigned to %p\n", a_, (void *)this);
    a_ = other.a_;
    return *this;
  }
  ~A() { printf("%d %p dead\n", a_, (void *)this); }
  int a_; 
  void show() const { printf("%d\n", a_); }
};

int main() {
  std::vector<std::pair<A, A>> v;
  v.emplace_back(std::make_pair(A(1), A(2)));
  while(1);
}

编译运行命令 #

g++ a.cpp -O2
./a.out

运行输出 #

2 created at 0x7fffb413ca84
1 created at 0x7fffb413ca80
1 moved into 0x7fffb413ca88
2 moved into 0x7fffb413ca8c
1 moved into 0x1cf72c0
2 moved into 0x1cf72c4
2 0x7fffb413ca8c dead
1 0x7fffb413ca88 dead
1 0x7fffb413ca80 dead
2 0x7fffb413ca84 dead

如输出所示，共产生了4个临时变量，请问如何减少这类操作？

解决方案 #

问题根源在于你先用std::make_pair(A(1), A(2))构造了一个临时std::pair对象，再通过emplace_back将这个临时pair移动到vector中——这会触发两次A的临时构造、一次pair的临时构造，以及多次移动操作。

要彻底消除临时变量，直接给emplace_back传递std::pair<A,A>构造所需的参数，让它在vector的存储空间原地构造pair和内部的A对象：

修改main函数中的调用代码：

int main() {
  std::vector<std::pair<A, A>> v;
  v.emplace_back(1, 2); // 直接传递构造A的参数，原地构造pair
  while(1);
}

修改后的运行输出（示例） #

1 created at 0x55f8a2c22c20
2 created at 0x55f8a2c22c24

可以看到，现在仅构造了两个A对象，完全没有临时变量和移动操作——因为emplace_back会完美转发参数，直接在vector分配的内存中构造std::pair<A,A>，而pair的两个A成员会直接用传入的1和2调用构造函数，全程无额外临时对象产生。

另外，如果vector后续会频繁添加元素，建议提前用reserve预分配足够内存，避免vector扩容时触发元素的移动/拷贝操作。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者kevin h