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C++ STL标准库std::vector扩容时进行深复制的原因是什么

发布时间:2022-08-15 16:17:31 来源:亿速云 阅读:203 作者:iii 栏目:开发技术

今天小编给大家分享一下C++ STL标准库std::vector扩容时进行深复制的原因是什么的相关知识点,内容详细,逻辑清晰,相信大部分人都还太了解这方面的知识,所以分享这篇文章给大家参考一下,希望大家阅读完这篇文章后有所收获,下面我们一起来了解一下吧。

引子

但是笔者却发现了一个奇怪的现象,std::vector扩容时,对其中的元素竟然进行的是深复制。请看示例代码:

#include <iostream>
#include <vector>
struct Test {
    Test() {std::cout << "Test" << std::endl;}
    ~Test() {std::cout << "~Test" << std::endl;}
    Test(const Test &) {std::cout << "Test copy" << std::endl;}
    Test(Test &&) {std::cout << "Test move" << std::endl;}
};
int main(int argc, const char *argv[]) {
    std::vector<Test> ve;
    ve.emplace_back();
    ve.emplace_back();
    ve.emplace_back();
    return 0;
}

打印结果如下:

Test
Test
Test copy
~Test
Test
Test copy
Test copy
~Test
~Test
~Test
~Test
~Test

由于我们没有调用reverse函数,所以默认只分配了一个元素的大小。第一次emplace_back时,仅进行了一次普通构造。第二次emplace_back时,就需要进行扩容,然后把第一个元素拷贝过去,再释放原来的对象。所以这里除了有一次新的构造以外,还有一次复制和释放。后面的行为类似,不再赘述,

但关键问题就在于,Test类明明实现了移动构造(浅复制),可这里竟然调用了拷贝构造(深复制)。

如果vector扩容无脑调用拷贝构造,那么这个对象如果含有很多外链的成员(比如说指向buffer的指针、指向其他对象的指针等),调用拷贝构造就意味着要把这些链接的对象全部都重新构造一遍。这对于vector自身扩容来说,显然是没有必要的,会极度浪费内存空间。

查找原因

基于上述理由,我认为STL的开发者不可能连这个问题都考虑不到,但想不通为什么我明明实现了移动构造,却不能调用。

带着这样的疑问我去研读了STL的源码(GNU版本),在vector扩容时,会调用_M_realloc_insert函数,该函数在vector.tcc文件中实现。在这个函数里面对已有元素进行拷贝的时候,看到了类似这样的代码:

__new_finish
		= std::__uninitialized_move_if_noexcept_a
		(__old_start, __position.base(),
		 __new_start, _M_get_Tp_allocator());
	      ++__new_finish;

有趣的就是这个__uninitialized_move_if_noexcept_a,我们找到这个函数的实现:

template<typename _InputIterator, typename _ForwardIterator,
	   typename _Allocator>
    inline _ForwardIterator
    __uninitialized_move_if_noexcept_a(_InputIterator __first,
				       _InputIterator __last,
				       _ForwardIterator __result,
				       _Allocator& __alloc)
    {
      return std::__uninitialized_copy_a
	(_GLIBCXX_MAKE_MOVE_IF_NOEXCEPT_ITERATOR(__first),
	 _GLIBCXX_MAKE_MOVE_IF_NOEXCEPT_ITERATOR(__last), __result, __alloc);
    }

再看一下_GLIBCXX_MAKE_MOVE_IF_NOEXCEPT_ITERATOR的实现

#if __cplusplus >= 201103L
#define _GLIBCXX_MAKE_MOVE_IF_NOEXCEPT_ITERATOR(_Iter) std::__make_move_if_noexcept_iterator(_Iter)
#else
#define _GLIBCXX_MAKE_MOVE_IF_NOEXCEPT_ITERATOR(_Iter) (_Iter)
#endif // C++11

也就是说,在C++11以前,这玩意就是对象本身(毕竟C++11以前还没有移动构造),而在C++11以后被定义成了__make_move_if_noexcept_iterator,继续查看其定义。

template<typename _Iterator, typename _ReturnType
    = typename conditional<__move_if_noexcept_cond
      <typename iterator_traits<_Iterator>::value_type>::value,
                _Iterator, move_iterator<_Iterator>>::type>
    inline _GLIBCXX17_CONSTEXPR _ReturnType
    __make_move_if_noexcept_iterator(_Iterator __i)
    { return _ReturnType(__i); }

这里用了一个conditional,来判断这个迭代器的类型,如果__move_if_noexcept_cond为真,就取迭代器本身,否则就取移动迭代器。看起来问题就在这里了,之前我们的例程中的Test一定就是符合了这个__move_if_noexcept_cond,导致用了原始迭代器。

继续深挖这个__move_if_noexcept_cond,看到这样的代码:

template<typename _Tp>
    struct __move_if_noexcept_cond
    : public __and_<__not_<is_nothrow_move_constructible<_Tp>>,
                    is_copy_constructible<_Tp>>::type { };

也就是说,如果一个类,不存在不会抛出异常的移动构造函数并且可拷贝,那么就为真。

Test类显然符合,所以vector<Test>在复制时用了普通的迭代器进行了遍历,自然就会调用拷贝构造函数进行复制了。

解决方法

所以,我们需要让Test不符合__move_if_noexcept_cond的条件,也就是这里要将移动构造函数声明为noexcept表示它不会抛出异常,这样vector<Test>在复制时就会使用移动迭代器(就是会包装一层std::move),从而触发移动构造。

顺道我们也看一眼移动迭代器的原理:

template<typename _Iterator>
class move_iterator {
    _Iterator _M_current;
    // ...
  public:
    using iterator_type = _Iterator;
	explicit _GLIBCXX17_CONSTEXPR
      	move_iterator(iterator_type __i)
      	: _M_current(std::move(__i)) { }
    // ...
}

确实调用了std::move,证明我们的思路没错。

所以,修改Test代码,实现noexcept移动构造:

struct Test {
    long a, b, c, d;
    Test() {std::cout << "Test" << std::endl;}
    ~Test() {std::cout << "~Test" << std::endl;}
    Test(const Test &) {std::cout << "Test copy" << std::endl;}
    Test(Test &&) noexcept {std::cout << "Test move" << std::endl;}
};
int main(int argc, const char *argv[]) {
    std::vector<Test> ve;
    ve.emplace_back();
    ve.emplace_back();
    ve.emplace_back();
    return 0;
}

打印结果如下:

Test
Test
Test move
~Test
Test
Test move
Test move
~Test
~Test
~Test
~Test
~Test

这次如我们所愿,调用了移动构造。

以上就是“C++ STL标准库std::vector扩容时进行深复制的原因是什么”这篇文章的所有内容,感谢各位的阅读!相信大家阅读完这篇文章都有很大的收获,小编每天都会为大家更新不同的知识,如果还想学习更多的知识,请关注亿速云行业资讯频道。

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