c++中vector的使用优化

文章是参考了Cherno大神的C++视频做的总结

有这么一段c++代码，如下：

样例代码

#include<iostream>
#include<vector>
struct Vertex{
    float x,y,z;
    Vertex(float x,float y,float z)
    :x(x),y(y),z(z)
    {
    }

    Vertex(const Vertex& Vertex)
    :x(Vertex.x),y(Vertex.y),z(Vertex.z)
    {
        std::cout<<"Vertex被Copy了一次"<<std::endl;
    }
};

int main(){
    std::vector<Vertex> Vertices;
    Vertices.push_back({1,2,3});
    Vertices.push_back({4,5,6});
    Vertices.push_back({7,8,9});


    return 0;
}

其中这一段是拷贝构造函数，不懂的可以参考文章c++拷贝构造函数

Vertex(const Vertex& Vertex)
    :x(Vertex.x),y(Vertex.y),z(Vertex.z)
    {
        std::cout<<"Vertex被Copy了一次"<<std::endl;
    }

当运行上面代码的时候，会得到以下输出

可以发现"Vertex被Copy了一次"被打印了六次。这是为什么？

这是因为每次push_back会构造一个临时Vertex对象，随后调用拷贝构造函数将其复制到vector中。

拷贝次数计算

• 第一次push_back：
  • 构造临时对象（无输出）。
  • 拷贝到vector（1次拷贝）。
• 第二次push_back：
  • 构造临时对象（无输出）。
  • 扩容至2，拷贝旧元素（1次）。
  • 拷贝临时对象（1次）。
  • 总计2次。
• 第三次push_back：
  • 构造临时对象（无输出）。
  • 扩容至4，拷贝前两个元素（2次）。
  • 拷贝临时对象（1次）。
  • 总计3次。
• 总拷贝次数：1 + 2 + 3 = 6次，输出6次"Vertex被Copy了一次"。

这段代码在向std::vector添加元素时存在不必要的拷贝操作，导致性能下降。

接下来讲解如何优化。

优化

优化建议

使用emplace_back替代push_back：直接在vector内存中构造对象，避免临时对象拷贝。

Vertices.emplace_back(1, 2, 3);  // 无需拷贝，直接构造

预分配内存reserve()：避免动态扩容时的多次拷贝。

std::vector<Vertex> Vertices;
Vertices.reserve(3);  // 预分配足够空间

添加移动构造函数（可选）：若元素需频繁转移，定义移动语义提升效率。

Vertex(Vertex&&) = default;  // 显式默认移动构造函数

以下是优化后的代码：

#include<iostream>
#include<vector>
struct Vertex{
    float x,y,z;
    Vertex(float x,float y,float z)
    :x(x),y(y),z(z)
    {}

    Vertex(const Vertex& other)
    :x(other.x),y(other.y),z(other.z)
    {
        std::cout << "Vertex被Copy了一次" << std::endl;
    }
};

int main(){
    std::vector<Vertex> Vertices;
    Vertices.reserve(3);  // 预分配内存，避免扩容

    Vertices.emplace_back(1, 2, 3);  // 直接构造，无拷贝
    Vertices.emplace_back(4, 5, 6);
    Vertices.emplace_back(7, 8, 9);

    return 0;
}

可以看到就没有打印"Vertex被Copy了一次"了，说明没有拷贝构造函数的调用。

优化讲解

push_back和emplace_back有什么区别？

C++中push_back和emplace_back有什么区别？

vertices.reserve(3);和std::vector<Vertex> vertices(3);有什么区别？

• vertices.reserve(3);：该语句是针对已经存在的 std::vector 对象 vertices 进行操作。它的主要功能是为 vector 预先分配足够存储3个 Vertex 类型元素的内存空间，但并不会创建实际的元素。也就是说，此时 vector 的大小（size()）仍然为0，只是容量（capacity()）变为了3。
• std::vector<Vertex> vertices(3);：这是在声明并初始化 std::vector 对象 vertices。它会直接创建一个包含3个 Vertex 类型元素的 vector，每个元素都会调用 Vertex 类的默认构造函数进行初始化。此时 vector 的大小（size()）和容量（capacity()）都为3。