有效地初始化 const std::vector 类成员

Question

假设我正在尝试创建“不可变”类对象（即成员变量是用const 定义的）。因此，在调用构造函数时，我当前调用单独的 init 函数来初始化类成员。但结果似乎有很多新的矢量创建和矢量复制正在进行。

如果成员不是const，我可以在构造函数的{ } 部分执行初始化并直接写入values（我认为这样会更有效）。但这是不可能的。

是否有更好/更清洁/更有效的方法来设计不可变类的构造？

#include <vector>

class Data
{
public:
    const std::vector<int> values;

    Data(unsigned int size, int other) : values(init(size, other)) { }
    Data(const std::vector<int>& other) : values(init(other)) { }

private:
    std::vector<int> init(unsigned int size, int other) {
        std::vector<int> myVector(size);

        for (unsigned int i = 0; i < size; ++i)
            myVector[i] = other * i;

        return myVector;
    }

    std::vector<int> init(const std::vector<int>& other) {
        std::vector<int> myVector(other);

        for (unsigned int i = 0; i < other.size(); ++i)
            myVector[i] *= myVector[i] - 1;

        return myVector;
    }
};

int main() {
    Data myData1(5, 3);         // gives {0, 3, 6, 9, 12}
    Data myData2({2, 5, 9});    // gives {2, 20, 72}

    return 0;
}

Answer 1

您当前的设计非常好。初始化发生在构造函数的成员初始化列表中，因此它会在最坏的情况下触发移动（无论如何这对于向量来说非常便宜），而在最好的情况下会触发 NRVO。

NRVO 是命名返回值优化。当函数返回具有自动存储持续时间的命名变量时，允许编译器省略复制/移动。但是请注意，即使在省略的情况下，复制/移动构造函数仍然需要可用。这是一个总结该概念的虚拟示例：

SomeType foo() { // Return by value, no ref
    SomeType some_var = ...; // some_var is a named variable
                             // with automatic storage duration
    do_stuff_with(var);
    return some_var; // NRVO can happen
}

（您的 init 函数遵循该模式。）

在 C++17 中，根据 init 函数的形状，您甚至可以从保证复制省略中受益。您可以在另一个SO answer 中找到更多相关信息。

注意：既然你标记了你的问题 c++11 我假设移动语义是可用的。

Answer 2

你说

似乎有很多新的矢量创建和矢量复制正在进行。

但我不确定。相反，我希望在这里有一个完整的创作和一个举动： init 构建并返回一个临时向量（可以创建完整向量，直接使用最终大小），用于初始化 const 成员（好的，应该在这里进行移动）。我们应该在这里控制生成的程序集，但是一个像样的编译器应该构建一次数据块，并将其移动到数据成员中。

因此，除非您可以通过分析（或通过查看编译器生成的程序集）证明这里确实需要优化，否则我很乐意继续使用此代码，因为它清楚地声明了成员常量。

Answer 3

这里的解决方案是从成员向量中删除const，以便您可以就地执行初始化，而不是通过复制。

如果您希望 values 对类的用户可读但不可写，您可以公开对它的 const 引用：

class Data {
    std::vector<int> values_;

    // constructors...

public:
    std::vector<int> const& values() const { return values_; }
};