c++11中emplace_back vs push

引言

在C11中，有两种方法可以把元素放入容器中：emplace_back和push_back。

push_back是C11之前就有的，而emplace_back是C11中新加的。

既然它们的作用都是一样的，那么为什么C11中又加入了一个emplace_back?

既生瑜，何生亮？

在实际的项目编码中，到底用哪个呢？

优先选用emplace_back

考虑下面这段非常常见的代码：

std::vector<string> vs;vs.push_back("xyz");

其中，vs容器持有的是string类型的对象，而在push_back的时候传入的是字符串字面量（不是string），换句话说，传递给push_back的实参并非容器持有物的类型。

同时我们也知道，这段代码没有问题，能够通过编译并正常运行。但是它背后都执行了哪些操作呢？

我们来看一下vector的push_back，它针对左值和右值给出了不同的重载版本：

template<class T, class Allocator = alloctor<T>> // c++11标准
class vector
{public:// ...void push_back(const T& x); // 左值void push_back(T&& x); // 右值// ...
};

现在回头看一下上面的那段代码，它会从字符串字面量出发创建string类型的临时对象，并将该临时对象传递给push_back，如下：

vs.push_back(string("xyz"));

之所以要说明一下push_back后面的一些过程，是为了说明上面这句代码，虽然在功能上没有任何问题，但它可能存在性能上问题，因为它共执行了2次构造和1次析构：

从字符串字面量“xyz”，创建string临时对象。临时对象没有名字，可以称为temp。这是第一次构建，因为是临时对象，所以temp是右值。
temp传递给push_back的右值重载版本，它被绑定到右值引用形参x。然后会在内存中为vector构造一个x的副本，这是第2次构造，在vector内创建了一个新的对象。
在push_back返回的时候，temp析构。

那么，有没有方法能将字符串字面量直接传递给vector内构造的string对象，从而避免temp对象的构造和析构呢？

有！emplace_back就可以！

emplace_back使用完美转发，它使用传入的任何实参，在vector内构造一个string，不会涉及任何临时对象。

emplace_back之所以比push_back更牛逼，是因为它提供了更加灵活的接口：

push_back接受的是待插入对象
emplace_back接受的是待插入对象的构造函数实参

所以emplace_back能够避免临时对象的创建和析构。

即使在push_back燕不要求创建临时对象的情况下，也可以使用emplace_back，这时，它们两个做的是同一件事情。

综上所述，emplace_back能做到push_back所能够做到的一切事情，而且前者可能比后者更高效，那么，何不总是使用emplace_back呢？

push_back的用武之地

然而，emplace_back比push_back的效率有时更高，是理论上的。

在实际实践中，还是要根据看传递的实参类型、容器种类、插入位置、容器持有类型构造函数的异常安全性、容器是否禁止相同元素的插入等情况，对两者性能进行基准测试。

根据经验，如果下列情况都成立，那么emplace_back几乎总是比push_back的效率更高：

待添加的值是以构造而非赋值方式加入容器，这个大多数标准容器都满足
传递的实参类型与容器持有之物的类型不同，这时emplace_back不要求创建和析构临时对象
容器不太可能由于出现重复情况而拒绝待添加的值，要么容器允许重复值，要么添加的大部分值满足唯一性。因为emplace_back会创建临时节点与容器内值比较，如果因为重复值被拒绝，构造与析构就付出了成本。

除此之外，如果要使用emplace_back，还有两个问题需要处理：

涉及到资源管理。push_back会存在临时对象，当构造抛出异常时，临时对象可以正常析构释放对象
与带有explicit声明饰词的构造函数之间的互动。在使用emplace_back，要特别小心去保证传递了正确的实参，因为即使是带有explicit声明饰词的构造函数也会被编译器纳入考虑范围，因为它会尽力找到某种方法来解释你的代码使它合法（即使不符合逻辑）。

以上，在emplace_back不适合使用的时候，就是push_back的用武之地了。

由于它内在机制的不同，自然也就不会造成那些隐晦的、难以调试的bug。

小结

C11可以使用emplace_back和push_back向容器内添加元素。

建议优先选用emplace_back，因为它几乎能做到push_back所能做到的一切，且可能避免性能上的一些潜在问题。

但emplace_back在一些场景下也有使用陷阱，如异常安全性、能够通过编译但可能导致未定义的行为等，在这些场合下使用push_back就可以避免这些问题。

在具体的使用场景下，选用何种方式来实现，以及真正的性能差异，需要进行基准测试。

参考资料

《Effective Modern C++》