为什么 C++ std::map::operator[] 不使用就地新的？答案

【问题标题】：Why doesn't C++ std::map::operator[] use inplace new?为什么 C++ std::map::operator[] 不使用就地新的？
【发布时间】：2014-09-24 15:42:23
【问题描述】：

如果您将 C++ std::map（和其他容器）与值类型一起使用，您会注意到插入映射会调用元素类型的析构函数。这是因为 C++ 规范要求运算符 [] 的实现等价于：

(*((std::map<>::insert(std::make_pair(x, T()))).first)).second

它会调用您类型的默认构造函数来构建该对。然后将该临时值复制到映射中，然后销毁。可以在this stackoverflow post 和here on codeguru 中找到对此的确认。

我觉得奇怪的是，这可以在不需要临时变量的情况下实现，并且仍然是等效的。 C++ 有一个特性叫做"inplace new"。 std::map 和其他容器可以为对象分配空间，然后在分配的空间上显式调用元素的默认构造函数。

我的问题：为什么我见过的 std::map 的实现都没有使用 inplace new 来优化这个操作？在我看来，这将大大提高这种低级操作的性能。但是很多人都研究过STL代码库，所以我认为这样做一定有一些原因。

【问题讨论】：

测试用例包含在链接的 stackoverflow 帖子中。这是链接：stackoverflow.com/questions/4017892/…
Mike Seymour：所以你的意思是关闭调试器后，这些对析构函数的额外调用就会消失？你知道那是真的吗？即使这是真的，这确实意味着在调试的情况下，执行更难调试（我不能只在调试器中设置断点来寻找“真正的”范围问题）。调试时它的性能也较低，这是一个较小的问题，但仍然是真实的。在我看来，这两个原因都是使用 inplace new 而不是这样一个低级库的原因。

标签： c++ stl new-operator

【解决方案1】：

一般来说，您可以在较低级别的操作中指定较高级别的操作，例如 []。

在 C++11 之前，如果不使用 insert，使用 [] 会很困难。

在 C++11 中，为 std::pair 添加 std::map<?>::emplace 和类似的东西使我们能够避免这个问题。如果您重新定义它并使用这种就地构造，那么额外的（希望被省略的）对象创建将会消失。

我想不出不这样做的理由。我鼓励您提出标准化建议。

为了演示在std::map 中的无副本插入，我们可以执行以下操作：

#include <map>
#include <iostream>

struct no_copy_type {
  no_copy_type(no_copy_type const&)=delete;
  no_copy_type(double) {}
  ~no_copy_type() { std::cout << "destroyed\n"; }
};
int main() {
  std::map< int, no_copy_type > m;
  m.emplace(
    std::piecewise_construct,
    std::forward_as_tuple(1),
    std::forward_as_tuple(3.14)
  );
  std::cout << "destroy happens next:\n";
}

live example -- 如您所见，没有生成临时文件。

如果我们替换

(*((std::map<>::insert(std::make_pair(x, T()))).first)).second

与

(*
  (
    (
      std::map<>::emplace(
        std::piecewise_construct,
        std::forward_as_tuple(std::forward<X>(x)),
        std::forward_as_tuple()
    )
  ).first
).second

不会创建临时的（添加空格以便我可以跟踪()s）。

【讨论】：

Mike Seymour 早些时候的回答表明，程序员选择备用分配器的能力意味着临时的构造不能从代码中删除，并且必须在优化过程中被省略，这对双方来说都是可悲的从调试的角度，向新用户解释为什么在插入期间调用析构函数。
@srm 当然。但迈克错了。这是标准中的一个小缺陷（效率低下），假设它尚未修复（我没有检查最新的）。分配器是可以反弹的，安放和分段构造可以让你在没有任何临时性的情况下构造对象。默认构造可以通过一个空的tuple来完成。
我知道的不够多，无法发表评论。这就是我问这个问题的原因。您能否在 Mike 的回答上发表您的评论，以便他收到通知，看看你们两个能否说服对方？

【解决方案2】：

首先，std::map 的operator[<key>] 仅相当于插入操作如果请求的<key> 未找到。在这种情况下，只需要对 key 的引用，并且只需要对存储的 value 的引用。

其次，当插入新元素时，无法知道是否会进行复制操作。你可能有map[_k] = _v;，或者你可能有_v = map[_k];。后者当然与赋值之外的要求相同，即map[_k].method_call();，但不使用复制构造函数（没有可构造的源）。关于插入，上述所有要求都需要调用value_type 的默认构造函数并为其分配空间。即使我们在编写operator[] 时可以知道我们在赋值用例中，但由于操作顺序，我们不能使用“inplace new”。必须首先调用 value_type 构造函数，然后调用 value_type::operator=，这需要调用复制构造函数。

虽然想法不错。

【讨论】：