为什么 std::unordered_map 有保留方法？

Question

根据this，您不能为std::map预留空间：

不，地图的成员在内部存储在树结构中。 除非您知道键和值，否则无法构建树 要存储的。

从这里可以明显看出为什么std::map 会缺少reserve() 方法，它在cppreference.com 上就是这样做的。然而，std::unordered_map 确实 有一个reserve() 方法，但是当我尝试将它与operator[]、insert() 或emplace() 一起使用时，尽管我调用了@，它们都会去分配内存987654330@先。

这是怎么回事？为什么reserve() 不能正确保留所需的空间？如果和map一样不能事先分配内存，那为什么std::unordered_map一开始还有reserve()方法呢？

Answer 1

unordered_map 容器有一个reserve 方法，因为它是使用存储桶实现的，而不是map 中的树。

一个桶是：

容器内部哈希表中的一个槽，元素根据其键的哈希值分配到该槽。桶的编号从 0 到 (bucket_count-1)。 (source)

单个存储桶包含可变数量的项目。此数字基于load_factor。当load_factor达到一定的阈值时，容器会增加bucket的数量并对map进行rehash。

当您调用 reserve(n) 时，容器会创建足够的存储桶以至少容纳 n 项。

这与rehash(n) 不同，后者直接将桶数设置为n 并触发整个哈希表的重建。

另见：Pre-allocating buckets in a C++ unordered_map

根据评论进行编辑

由于我不知道 cmets 提出的问题的确切答案，而且我的初步研究没有证明有成果，所以我决定进行实验测试。

作为参考，问题归结为：

您能否解释一下为 n 个元素保留存储桶是否与为 n 个元素分配内存相同？

根据this answer，准确检索unordered_map 中分配空间的大小是棘手且不可靠的。所以我决定使用 Visual Studio 2015 的诊断工具。

首先，我的测试用例如下：

#include <unordered_map>
#include <cstdint>

struct Foo
{
    Foo() : x(0.0f), y(0.0f), z(0.0f) { }

    float x;
    float y;
    float z;
};

int32_t main(int32_t argc, char** argv)
{
    std::unordered_map<uint32_t, Foo> mapNoReserve;
    std::unordered_map<uint32_t, Foo> mapReserve;

    // --> Snapshot A

    mapReserve.reserve(1000);

    // --> Snapshot B

    for(uint32_t i = 0; i < 1000; ++i)
    {
        mapNoReserve.insert(std::make_pair(i, Foo()));
        mapReserve.insert(std::make_pair(i, Foo()));
    }

    // -> Snapshot C

    return 0;
}

在 cmets 指示的地方，我拍了一张内存快照。

结果如下：

快照 A：

┌──────────────┬──────────────┬──────────────┐
|     Map      | Size (Bytes) | Bucket Count |
|--------------|--------------|--------------|
| mapNoReserve | 64           | 8            |
| mapReserve   | 64           | 8            |
└──────────────┴──────────────┴──────────────┚

快照 B：

┌──────────────┬──────────────┬──────────────┐
|     Map      | Size (Bytes) | Bucket Count |
|--------------|--------------|--------------|
| mapNoReserve | 64           | 8            |
| mapReserve   | 8231         | 1024         |
└──────────────┴──────────────┴──────────────┚

快照 C：

┌──────────────┬──────────────┬──────────────┐
|     Map      | Size (Bytes) | Bucket Count |
|--------------|--------------|--------------|
| mapNoReserve | 24024        | 1024         |
| mapReserve   | 24024        | 1024         |
└──────────────┴──────────────┴──────────────┚

解读：

从快照中可以看出，一旦我们开始向它们添加元素，这两个地图的大小似乎都在增长，甚至是名为 reserve 的地图。

那么reserve 是否提供了一个好处，即使内存仍然被分配？我会说是的，原因有两个：(1) 它为存储桶预先分配内存，(2) 它可以防止需要 rehash，如前所述，它会完全重建地图。