Tại sao tôi lại sử dụng Push_back thay vì emplace_back?

Các vectơ C ++ 11 có chức năng mới emplace_back. Không giống như push_back, dựa trên tối ưu hóa trình biên dịch để tránh các bản sao, emplace_backsử dụng chuyển tiếp hoàn hảo để gửi các đối số trực tiếp đến hàm tạo để tạo một đối tượng tại chỗ. Dường như với tôi rằng emplace_backmọi thứ đều push_backcó thể làm được, nhưng đôi khi nó sẽ làm điều đó tốt hơn (nhưng không bao giờ tệ hơn).

Lý do nào tôi phải sử dụng push_back?

Tôi đã suy nghĩ về câu hỏi này khá nhiều trong bốn năm qua. Tôi đã đi đến kết luận rằng hầu hết các giải thích về push_backvs emplace_backbỏ lỡ bức tranh đầy đủ.

Năm ngoái, tôi đã trình bày tại C ++ Now về Loại trừ trong C ++ 14 . Tôi bắt đầu nói về push_backso với emplace_backlúc 13:49, nhưng có một thông tin hữu ích cung cấp một số bằng chứng hỗ trợ trước đó.

Sự khác biệt chính thực sự có liên quan đến các nhà xây dựng ngầm và rõ ràng. Hãy xem xét trường hợp chúng ta có một đối số duy nhất mà chúng ta muốn chuyển đến push_backhoặc emplace_back.

std::vector<T> v;
v.push_back(x);
v.emplace_back(x);

Sau khi trình biên dịch tối ưu hóa của bạn có được điều này, không có sự khác biệt giữa hai câu lệnh này về mặt mã được tạo. Sự khôn ngoan truyền thống là push_backsẽ xây dựng một đối tượng tạm thời, sau đó sẽ được chuyển vào vtrong khi emplace_backsẽ chuyển tiếp đối số và xây dựng nó trực tiếp tại chỗ mà không có bản sao hoặc di chuyển. Điều này có thể đúng dựa trên mã như được viết trong các thư viện tiêu chuẩn, nhưng nó làm cho giả định sai lầm rằng công việc của trình biên dịch tối ưu hóa là tạo mã bạn đã viết. Công việc tối ưu hóa của trình biên dịch thực sự là tạo mã mà bạn sẽ viết nếu bạn là một chuyên gia về tối ưu hóa cụ thể nền tảng và không quan tâm đến khả năng bảo trì, chỉ là hiệu suất.

Sự khác biệt thực tế giữa hai câu lệnh này là càng mạnh hơn emplace_backsẽ gọi bất kỳ loại hàm tạo nào ngoài đó, trong khi đó, thận trọng hơn push_backsẽ chỉ gọi các hàm tạo là ẩn. Các nhà xây dựng tiềm ẩn được cho là an toàn. Nếu bạn có thể ngầm định xây dựng một Utừ a T, bạn đang nói rằng Ucó thể giữ tất cả các thông tin Tmà không bị mất. Nó là an toàn trong hầu hết mọi tình huống để vượt qua Tvà không ai sẽ bận tâm nếu bạn Uthay thế nó. Một ví dụ điển hình của hàm tạo ẩn là chuyển đổi từ std::uint32_tsang std::uint64_t. Một ví dụ xấu của một chuyển đổi ngầm là doubleđể std::uint8_t.

Chúng tôi muốn thận trọng trong lập trình của chúng tôi. Chúng tôi không muốn sử dụng các tính năng mạnh mẽ bởi vì tính năng này càng mạnh thì càng dễ vô tình làm điều gì đó không chính xác hoặc bất ngờ. Nếu bạn có ý định gọi các nhà xây dựng rõ ràng, thì bạn cần sức mạnh của emplace_back. Nếu bạn chỉ muốn gọi các nhà xây dựng ngầm, hãy gắn bó với sự an toàn của push_back.

Một ví dụ

std::vector<std::unique_ptr<T>> v;
T a;
v.emplace_back(std::addressof(a)); // compiles
v.push_back(std::addressof(a)); // fails to compile

std::unique_ptr<T>có một hàm tạo rõ ràng từ T *. Bởi vì emplace_backcó thể gọi các hàm tạo rõ ràng, việc truyền một con trỏ không sở hữu sẽ biên dịch tốt. Tuy nhiên, khi vđi ra khỏi phạm vi, hàm hủy sẽ cố gắng gọi deletecon trỏ đó, thứ không được cấp phát bởi newvì nó chỉ là một đối tượng ngăn xếp. Điều này dẫn đến hành vi không xác định.

Đây không chỉ là mã được phát minh. Đây là một lỗi sản xuất thực sự tôi gặp phải. Mã là std::vector<T *>, nhưng nó sở hữu nội dung. Là một phần của việc chuyển đổi sang C ++ 11, tôi đã thay đổi một cách chính xác T *để std::unique_ptr<T>chỉ ra rằng các vector sở hữu bộ nhớ của nó. Tuy nhiên, tôi đã dựa trên những thay đổi này vào năm 2012, trong thời gian đó tôi đã nghĩ rằng "emplace_back làm mọi thứ mà Push_back có thể làm và hơn thế nữa, vậy tại sao tôi lại sử dụng Push_back?", Vì vậy tôi cũng thay đổi push_backthành emplace_back.

Thay vào đó, nếu tôi để lại mã như sử dụng an toàn hơn push_back, tôi sẽ ngay lập tức bắt gặp lỗi lâu đời này và nó đã được xem là một thành công của việc nâng cấp lên C ++ 11. Thay vào đó, tôi che dấu lỗi và không tìm thấy nó cho đến nhiều tháng sau.

push_backluôn cho phép sử dụng khởi tạo thống nhất, điều mà tôi rất thích. Ví dụ:

struct aggregate {
    int foo;
    int bar;
};

std::vector<aggregate> v;
v.push_back({ 42, 121 });

Mặt khác, v.emplace_back({ 42, 121 });sẽ không hoạt động.

Khả năng tương thích ngược với trình biên dịch trước C ++ 11.

Một số triển khai thư viện của emplace_back không hoạt động như được chỉ định trong tiêu chuẩn C ++, bao gồm cả phiên bản đi kèm với Visual Studio 2012, 2013 và 2015.

Để phù hợp với các lỗi trình biên dịch đã biết, ưu tiên sử dụng std::vector::push_back()nếu các tham số lặp tham số hoặc các đối tượng khác sẽ không hợp lệ sau cuộc gọi.

std::vector<int> v;
v.emplace_back(123);
v.emplace_back(v[0]); // Produces incorrect results in some compilers

Trên một trình biên dịch, v chứa các giá trị 123 và 21 thay vì 123 và 123 dự kiến. Điều này là do thực tế là lệnh gọi thứ 2 dẫn đến emplace_backthay đổi kích thước tại điểm v[0]trở nên không hợp lệ.

Việc triển khai mã trên sẽ sử dụng push_back()thay vì emplace_back()như sau:

std::vector<int> v;
v.emplace_back(123);
v.push_back(v[0]);

Lưu ý: Việc sử dụng một vectơ int là cho mục đích trình diễn. Tôi đã phát hiện ra vấn đề này với một lớp phức tạp hơn nhiều bao gồm các biến thành viên được phân bổ động và lời kêu gọi emplace_back()dẫn đến một sự cố khó khăn.