为什么std::vector会默认初始化存储内容？是否违反零开销原则？

std::vector 默认零初始化的设计动机 #

这一设计是STL早期多方面因素权衡的结果：

• 安全性优先的设计取向：STL设计初期的核心目标之一是降低普通使用者的出错概率，绝大多数场景下用户创建指定大小的vector后会直接访问对应位置的元素，如果默认不初始化内存，会导致大量读取未初始化内存的未定义行为，当时这一安全性目标的优先级高于极端场景的性能损耗。
• 与原生语法的行为对齐：vector的底层内存分配逻辑最初是对new T[n]语法的封装，而new T[n]对于int等内置类型会默认执行零初始化，为了保持与C++基础语法的行为一致性，没有修改初始化规则。
• 历史兼容的约束：原始STL第二版就已经实现了默认初始化的逻辑，C++标准化过程中为了兼容已有大量基于STL开发的代码，没有做破坏性的规则调整，直接沿用了原有设计。

业内对该设计的评价共识 #

目前业内已经普遍认可该设计属于不符合C++「不为未使用的特性付费」原则的历史遗留缺陷，和size()返回无符号size_t的问题同属于早期标准设计的权衡失误：

• 核心矛盾是通用安全和极端性能的冲突：对于普通开发者而言默认初始化降低了出错概率，但对于高性能场景而言，先零初始化再覆盖赋值的重复开销确实是不必要的额外损耗。相关测试代码验证了，即使开启-O3优化，包含零初始化的版本生成的汇编指令更长，零初始化的开销真实存在，无法被编译器完全优化消除。
• std::array的设计侧面印证了这是人为选择：std::array默认不初始化内存的规则，说明动态容器完全可以实现不默认初始化的逻辑，只是vector的设计时间更早，当时的设计取舍和现在的高性能需求不匹配。
• 目前已经有成熟的替代方案：C++20之后标准库新增了一系列允许控制初始化行为的接口，第三方高性能库（如Abseil、Folly）也都提供了支持跳过初始化的vector实现，除了自定义分配器之外，也可以通过直接操作底层内存的方式规避重复初始化的开销，不需要修改vector的原有规则即可满足高性能场景的需求。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Bérenger