1.10 stl容器新增的實用方法

下面講解stl容器新增的實用方法。

1.10.1 原位構造與容器的emplace系列函數

在介紹emplace和emplace_back方法之前，我們先看一段代碼：

以上代碼在一個循環里產生一個對象，然后將這個對象放入集合中，這樣的代碼在實際開發中太常見了。但是這樣的代碼存在嚴重的效率問題：循環中的t對象在每次循環時，都分別調用了一次構造函數、拷貝構造函數和析構函數，如下所示。

以上總共循環10次，調用30次。但實際上，我們的初衷是創建一個對象t，將其直接放入集合中，而不是將t作為一個中間臨時產生的對象，這樣的話，總共需要調用t的構造函數 10次就可以了。C++11提供了一個在這種情形下替代 push_back 的方法——emplace_back。通過使用emplace_back，可以將main函數中的代碼改寫如下：

經過以上改寫，在實際執行時只需調用Test類的構造函數10次，大大提高了執行效率。

同理，在這種情形下，對于像 std：：list、std：：vector 這樣的容器，其 push、push_front方法在C++11中也有對應的改進方法，即emplace/emplace_front方法。在C++Reference上將這里的emplace操作稱為“原位構造元素（EmplaceConstructible）”是非常貼切的。

除了使用emplace系列的函數原位構造元素，我們也可以為Test類添加移動構造函數（Move Constructor），復用產生的臨時對象t以提高效率。

1.10.2 std：：map的try_emplace方法與insert_or_assign方法

因為std：：map中元素的key是唯一的，所以在實際開發中經常會有這樣一類需求：向某個 map中插入元素時需要先檢測 map中指定的 key是否存在，不存在時做插入操作，存在時直接取來使用；或者在指定的key不存在時做插入操作，存在時做更新操作。

以PC版的QQ為例，好友列表中的每個好友都對應一個userid，當我們雙擊某個QQ好友頭像時，如果與該好友的聊天對話框（這里使用 ChatDialog 表示）已經存在，則直接將其激活并顯示，如果不存在，則將其創建并激活、顯示。假設我們使用std：：map來管理這些聊天對話框，則在C++17之前的版本中，必須編寫額外的邏輯去判斷元素是否存在。可以將上述邏輯編寫如下：

在C++17中，map提供了一個try_emplace方法，該方法會檢測指定的key是否存在，如果存在，則什么也不做。函數簽名如下：

在以上函數簽名中，參數k表示需要插入的key；args參數是一個不定參數，表示構造value對象需要傳給構造函數的參數；通過hint參數可以指定插入的位置。

在前兩種簽名形式中，try_emplace 的返回值是一個 std：：pair<T1，T2>類型，其中 T2是一個 bool 類型，表示元素是否成功插入 map 中；T1 是一個 map 的迭代器，如果插入成功，則返回指向插入位置的元素的迭代器，如果插入失敗，則返回 map 中已存在的相同key元素的迭代器。我們用 try_emplace改寫上面的代碼（這里不關心插入的位置，因此使用前兩個簽名）：

使用 try_emplace 改寫后的代碼簡潔了許多。但是在以上代碼中需要注意：由于std：：map<int64_t，ChatDialog*> m_ChatDialogs 的 value 是指針類型（ChatDialog*），而try_emplace的第 2個參數支持的是構造一個 ChatDialog對象，而不是指針類型，因此在某個 userid 不存在時，成功插入 map 后會導致相應的 value 為空指針。因此，我們利用inserted的值按需新建一個ChatDialog。當然，在新的C++規范（C++11及后續版本）提供了靈活而強大的智能指針以后，我們不應該再有任何理由去使用裸指針了，因此可以對以上代碼使用std：：unique_ptr智能指針類型來重構：

以上代碼將 map 的類型從 std：：map<int64_t，ChatDialog*>改為 std：：map<int64_t，std：：unique_ptr<ChatDialog>>，讓程序自動管理聊天對話框對象。程序在gcc/g++7.3中編譯并運行輸出如下：

在以上代碼中，構造函數和析構函數均被調用了3次，實際上，按最原始的邏輯（上文中普通版本）來講，ChatDialog 應該只被構造和析構 2 次，多出來的一次是因為在try_emplace時，無論某個userid是否存在于map中，均創建一個ChatDialog對象（這是額外的用不上的對象）。由于這個對象并沒有被用上，所以在出了 onDoubleClickFriendItem3函數的作用域后，智能指針對象 spChatDialog 被析構，進而導致這個額外的、用不上的ChatDialog對象被析構。這相當于做了一次無用功。為此，我們可以繼續優化代碼如下：

以上代碼按照之前裸指針版本的思路，按需創建了一個智能指針對象，避免了一次ChatDialog對象無用的構造和析構。再次編譯程序，執行結果如下：

在auto [iter，inserted]=m_ChatDialogs.try_emplace（userid，nullptr）；語句中，m_ChatDialogs.try_emplace（userid，nullptr）函數返回兩個值，第2個值inserted是一個布爾變量，表示操作是否成功，如果成功，則在第1個返回值iter中含有函數調用成功后的數據。這種函數存在多個返回值且其中一個值表示函數是否調用成功，我們稱這種模式為ok-idiom模式，Golang開發者應該很熟悉這種ok-idiom模式。

為了方便驗證try_emplace函數支持原位構造（上文已經介紹），我們將map的value類型改成 ChatDialog 類型。在實際開發中，對于非 POD 類型的復雜數據類型，在 stl 容器中應該存儲其指針或者智能指針類型，而不是對象本身。修改后的代碼如下：

在以上代碼中，我們為 ChatDialog 類的構造函數增加了一個 userid 參數，因此當調用 try_emplace 方法時，需要傳遞一個參數，這樣 try_emplace 就會根據 map 中是否已存在同樣的 userid 按需構造 ChatDialog 對象了。程序的執行結果和上一個代碼示例應該是一樣的：

對于智能指針對象std：：unique_ptr，在后面的小節中將詳細介紹。

上文介紹了map中指定的key不存在則插入相應的value，存在則直接使用該key對應的 value的情形。這里再來介紹 map中指定的 key不存在則插入相應的 value，存在則更新其value的情形。C++17為map容器新增了一個insert_or_assign方法，讓我們不再像C++17標準之前一樣額外編寫先判斷是否存在，不存在則插入，存在則更新的代碼了，這次我們可以一步到位。insert_or_assign的函數簽名如下：

其各個函數參數的含義與try_emplace一樣，這里不再贅述。

再來看一個例子：

在以上代碼中嘗試插入名為Tom的用戶，由于該人名在map中不存在，因此插入成功；當插入人名為Alex的用戶時，由于在map中已經存在該人名，因此只對其年齡進行更新，將Alex的年齡從45更新為27。程序執行結果如下：

本節介紹了 C++11/17 為 stl 容器新增的幾個實用方法，合理利用這些新增的方法會讓我們的程序變得更簡潔、高效。其實，新的C++標準一直在不斷改進和優化現有的 stl容器，如果經常需要與這些容器打交道，則建議留意C++新標準中這些容器的新動態。