为什么 std::vector 初始化它的内容？答案

【问题标题】：Why does std::vector initializes its content?为什么 std::vector 初始化它的内容？
【发布时间】：2021-10-26 00:33:02
【问题描述】：

假设我想创建一个vector 并在其上调用iota：

std::vector<int> v(1000);
std::iota(begin(v),end(v),0);

向量实际上在构造函数中初始化为 0。问题与以下内容相同：

std::vector<int> v;
v.resize(1000);

我可以使用reserve，但我无法拨打iota。而且我没有看到不进行零初始化的优雅方法（也许使用自定义分配器......？）。

为什么vector 是这样设计的？我知道 Stepanov 和合作者非常仔细地制作了 STL，并且几乎没有缺陷。但对我来说，它似乎与“你不为你不使用的东西付费”相冲突。这种设计的动机是什么？

是否有共识认为不应该那样做？（例如，用于size() 的无符号size_t 就是这种情况，人们似乎同意它应该与difference_type 是同一类型，因为我们经常比较索引和size()）。

更多信息

性能

关于生成的代码的一些比较。编译器会优化 0-init 吗？使用vector 时很难查看汇编程序，因为它做了很多事情，所以我尝试了这段代码：

int main() {
    int* v = new int[1000]; // clearer for reading assembly
    fill(v,v+1000,0);
    iota(v,v+1000,0);
    return v[999]; // do not optimize away!
}

Result here。然后with std::fill removed

够简单了吧？嗯，汇编不和gcc或者clang-O3一样，和std::fill比较长，一般说明是真的发出指令了。

所以除非我误解了，否则它确实很重要。

历史

原始STL的代码可以在here找到。在版本 2 中，向量的内容已经被默认初始化。委员会似乎验证了已经存在的内容。

与std::array的比较

评论中有些人认为你绝对必须初始化向量的内容。但证明这确实是一个设计决定的证据是 std::array 相反，不默认初始化其内存。所以也许更容易或更有意义地实现vector 和array，但对于两者来说，反过来也是可能的。

【问题讨论】：

我删除了 stl 标记，因为它看起来像您使用的是 C++ 标准库。请参阅 What's the difference between “STL” and “C++ Standard Library”? 和 stl 标记说明。
谢谢，但我再说一遍，因为 AFAIK 的设计选择是在标准化之前由 STL 做出的，所以我认为拥有历史视角也是有意义的
这不是我的问题。我问的是为什么，而不是如何。其他问题没有说明为什么要这样做。是否可以重新开放？
希望有一天我们会看到 Stroustrup（可能还有其他一些人）的The Continuing Evolution of C++，它解释了这些决定背后的理性，但它可能源于只是 malloced 的内存块中的基本类型或 POD 类型是否真的是真实的，而不是“总是有效”的 UB。
我认为缺少的是std::iota_n，因为这样您就可以传递一个指向您保留的向量的std::back_inserter

标签： c++ stl std stdvector

【解决方案1】：

实际上，您可以避免这种情况。从cppreference 引用例如resize：

附加默认插入的元素

讨论C++ named requirements: DefaultInsertable 的页面说（强调我的）：

如果不希望值初始化，例如，如果对象是非类类型并且不需要清零，则可以通过提供自定义 Allocator::construct 来避免这种情况 p>

最后，link back to Stack Overflow (!) 显示了如何做到这一点（我没有详细分析此代码）。

当然，对于非 POD 类型，您确实希望新元素是默认构造的。否则，访问它们（甚至试图分配给它们）会导致 UB。

【讨论】：

我没有仔细看，但似乎vector类型应该是e.g. std::vector<int,default_init_alloc> 对吗？如果是这样，它是重量级的（不能再使用法线向量了！）但至少它解决了问题。
是的，您将自定义分配器作为最后一个模板参数传递给std::vector。不过，我不会将其描述为“重量级”——我认为它不会花费太多。
是的，不是重量级的，因为代码成本更高，但因为那时我使用另一种向量类型，这意味着我可能必须调整所有未在分配器上模板化的接口

【解决方案2】：

std::vector 的各种属性是针对特定用例设计的，并满足某些要求。其中一些要求是：

连续内存
push_back 的恒定摊销时间复杂度
随机访问迭代器

也许还有其他一些人。

C++ 库中还有其他容器具有其他属性并针对其他用例进行了优化，例如std::list 或std::queue。这就是为什么会有不同的容器：它们针对不同的情况进行了优化。 std::vector 需要可复制/可移动类型。其他容器没有。如果您有不可复制/可移动的类型，则根本不能使用std::vector。

没有声称std::vector 或任何其他容器将在所有可能的情况下提供最佳结果。 C++ 库中没有万事通的容器比其他所有东西都做得更好。这就是为什么存在不同容器的原因，正确使用它们的一个关键因素是了解每个容器的用途。

您已经描述了std::vector 不会产生最佳结果的几种情况。这并不表示std::vector 的设计存在缺陷，这根本不是它的意图。

为什么要这样设计vector？

它的设计目的是在特定用例中提供最佳结果。

这样设计的动机是什么？

这样设计的动机主要是为了让std::vector 为：

连续内存
push_back 的恒定摊销时间复杂度
随机访问迭代器

是否有一个共识，回顾过去，它不应该是就这样吗？

不，实际上恰恰相反。目前的共识是，std::vector 使用现代 CPU 硬件（在正确使用时）提供了令人惊讶的好结果，现代 CPU 硬件在连续内存访问方面表现出色，即使与其他容器相比，乍一看，这些容器可以更好地匹配某些用例。

【讨论】：

OK 可以说我想要一个与std::vector 完全相同的容器，只是我不希望它初始化数据。我应该使用什么？
对我来说，问题是如果反过来，即向量不会默认构造元素，而我想要它，我总是可以调用std::fill。而现在这样，我别无选择！
抱歉，C++ 不能这样工作。在 C++ 中，创建对象时必须构造它。这是 C++ 的基础。如果一个容器包含something，那么无论是什么东西都必须被构造。否则容器中不能有任何东西。您要解决的真正问题是什么？不，不是关于带有“未初始化”对象的容器的问题，而是您认为解决方案是带有未初始化对象的容器的问题，所以这就是您要问的问题。
哦，是的，它确实是这样工作的！对于std::array，它以这种方式工作，它完全有可能与std::vector 一起工作。再一次，int 没有默认初始化，为什么所有非内置都必须是？
如果您尝试将std::array 与具有默认构造函数的类一起使用，您应该能够看到数组中的每个值都是默认构造的。

【解决方案3】：

不是真正回答您的问题，而是回答您的问题（未经测试的代码）：

vector<int> v;
int val = 0;
v.reserve(1000);
std::generate_n(std::back_inserter(v), 1000, [&val]() { return val++; });

【讨论】：