C++中插入对象到unordered_map与vector时能否避免拷贝构造调用？

问题根源 #

你遇到的两次拷贝构造分别来自两个操作：

1. map[x1] 访问时，左值x1会被拷贝一份作为unordered_map的key存入节点
2. emplace_back(x2) 传入左值x2，会拷贝一份构造vector的新元素

最低改动方案：用移动替代拷贝 #

对于支持移动构造的类型（你给出的CustomClass已经实现了移动构造），仅需修改一行代码，即可用开销极低的移动构造完全替代两次拷贝构造：

// 将x1移动到map作为key，将x2移动到vector作为元素
map[std::move(x1)].emplace_back(std::move(x2));

修改后原来的两次拷贝构造会变成两次移动构造，对于仅包含基础成员的类型，移动构造的开销几乎可以忽略。

完全原地构造方案（零拷贝零移动，对象仅构造一次） #

如果要完全避免拷贝、移动，实现对象仅在最终存储位置构造一次，可以配合C++17引入的try_emplace方法实现：

方案前提（二选一即可）

1. 给目标类型添加接收std::istream&的构造函数，直接从输入流初始化对象：

CustomClass(std::istream& in) {
    std::cout << "istream constructor" << std::endl;
    in >> m_data;
}

2. 若不能修改目标类型定义，可先将输入内容读取为基础类型的临时变量，再传入构造。

代码实现

适配istream构造的版本：

std::cout << "----" << std::endl;
// try_emplace直接在map节点原地构造key，返回迭代器
auto [it, _] = map.try_emplace(std::cin);
// emplace_back直接在vector的内存空间原地构造元素
it->second.emplace_back(std::cin);
std::cout << "----" << std::endl;
std::cout << it->second[0] << std::endl;
std::cout << "----" << std::endl;

整个过程仅触发两次自定义构造函数，无任何拷贝、移动操作。

不修改自定义类的通用版本：

std::cout << "----" << std::endl;
int key_val, elem_val;
// 先读取基础类型值，无自定义类开销
std::cin >> key_val >> elem_val;
// 直接用读取到的值原地构造map的key和vector的元素
auto [it, _] = map.try_emplace(key_val);
it->second.emplace_back(elem_val);
std::cout << "----" << std::endl;
std::cout << it->second[0] << std::endl;
std::cout << "----" << std::endl;

该方案对所有可从对应基础类型构造的类、基础类型都适用，全程无自定义类的拷贝、移动操作。

方案说明 #

• unordered_map::try_emplace 是C++17新增的接口，会在键不存在时直接将传入的参数转发给键的构造函数，在map分配的节点内存上原地构造，完全避免了临时对象的拷贝或移动。
• vector::emplace_back 会直接将传入的参数转发给元素的构造函数，在vector预分配的内存上原地构造元素，避免了临时对象的拷贝或移动。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者TheMemeMachine