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很多同学经常反馈说，C++ STL 提供的容器真的很慢欸！

标准库的容器性能虽然经常被吐槽，但大多属于这几个方面的问题，比如：

我觉得拷贝的开销很大
查表速度太慢了
自己写的可插入 list 比 std::list 快多啦！

其实，STL 标准模板库提供的容器算得上是效率比较高的了，如果自己在使用中经常碰到性能问题，不妨反思一下是否是自己操作比较粗放，再谈优化的问题。

Bjarne Stroustrup 也说过对标准库提供的容器优化前，应该弄清楚是不是真的存在性能问题。代码效率高不高应该以参照物为准，也就是说和谁比的问题。所以对自己的代码性能不要瞎猜，先测试一下，万一还行呢？比如说，拷贝就一定开销大吗？这个真不一定啊。

arduino 复制代码

std::vector<int> vi;
int i = 2;
vi.push_back(i);

像上面这段代码，把整数推到 vector 里需要拷贝内容，但是这样的拷贝非常简单，对效率没有影响，再优化也没有意义。

那么，哪些场景下，优化容器的使用是必须的呢？我们以上面的几个问题为例，展开一下。

拷贝的巨大开销

假设我们有个图片类 Image，用于表示一张图，创建这张图的对象可以通过导入文件路径来创建。需求是把这些实例化的图片对象放到列表中集中管理，一般我们会直接这么写

arduino 复制代码

std::vector<Image> imgs;
Image img("pic.jpg");
imgs.push_back(img);

对于这样的写法，开销大不大完全依赖于被插入元素 Image 的占用空间。将 img 推入 vector 时这里应用了值传递，需要为 img 在 vector 内预留一块内存空间，然后直接拷贝 img 内容到预留空间。被推入的元素如果比较小，显然效率不会受到影响，但是如果一张图片占用几 MB 的大小，那么这个推入元素内容的过程将会非常低效率。实际上，图片稍微高清一些都可能达到几 MB 的 level。

怎么办？为了解决 std::vector 的「低效率」，有的人可能会自己实现一个定制的容器，比如 XXX_container。

事实上，我们只需要在使用 std::vector 时稍微变通一下，比如把焦点放在元素类型上，就可以去除拖慢容器执行效率的因素。

指针

在系统中，指针实际就是一个代表地址的数值，拷贝指针和拷贝数值的效率是一样的。

某些场合下，元素对象的拷贝语义还是有必要保留的。所以，不妨将 vector<X> 改为 vector<X*>，这样剩下的开销就主要集中在调用元素类型拷贝构造函数身上，而且还不会影响元素对象本身的拷贝语义。

arduino 复制代码

std::vector<Image*> imgs;
Image img("pic.jpg");
imgs.push_back(&img);

移动感知类型

另一方面，在使用 std::vector 时，元素对象类型比较占空间，如果你使用的是现代版 C++，可以选用带有移动感知的类型作为元素类型。比如该类型实现了对应的移动构造函数和移动赋值操作符，利用移动语义就可以进一步提升 vector 的插入执行效率。

因为拷贝旧内容到新空间，包含状态和堆资源两种，状态的拷贝对效率影响有限，而成员指针指向的堆内存资源通常占据主要空间，可以依赖移动语义的高效率而受益。

关于移动语义的介绍，这里不展开了，可以看看笔者之前写的文章《现代 C++ 的巨大性能飞跃之：移动语义》，本文末尾有跳转阅读链接。

以 std::vector 为例，针对移动感知类型的优化作用在什么地方呢？

向 vector 追加元素：使用 emplace_back 方法创建新元素并添加到 vector 末尾时，如果参数列表允许直接构建对象，系统会尝试直接在 vector 预留的内存位置上构造对象，避免额外的移动或拷贝。

使用 push_back(T&& value) 时，如果传入的是右值引用（临时对象或明确标记为将要移动的对象），vector 会调用元素类型的移动构造函数，而不是复制构造函数，将传入对象的内容「移动」到 vector 的存储区域内，这能有效地避免元素类型的深拷贝。

如果你对「深拷贝」的概念不是很清楚，可以查阅一下笔者之前的一篇文章《C++ 代码性能空间之极限拉扯：「COW」真乃神助攻》，本文末尾有跳转阅读链接。

容器扩容：vector 的容量包含隐藏的预留空间，当新插入的元素超出剩余容量时，系统会分配一块更大的内存区域，将现有元素移动（而不是复制）到新内存区域，然后再插入新元素。对于移动构造的元素来说，这意味着只需调整内部资源的所有权，而非复制资源本身。
插入操作：对于像 insert 这样的插入操作，当需要移动现有元素以腾出空间，用于插入移动语义的元素对象时，也会优先使用移动操作而非复制。
赋值、swap 和其他重新分配等操作：在涉及容器整体交换或容器自身赋值等操作时，vector 同样会利用移动赋值运算符(operator=)来进行更高效的资源转移。

来看一下下面的示例代码：

c 复制代码

class MoveAwareType
{
public:
   MoveAwareType() {
      std::cout << "Default constructor" << std::endl;
   }
   MoveAwareType(const MoveAwareType&) {
      std::cout << "Copy constructor" << std::endl;
   }
    MoveAwareType(MoveAwareType&&) {
      std::cout << "Move constructor" << std::endl;
   }
   MoveAwareType& operator=(const MoveAwareType&) {
      std::cout << "Copy assignment operator" << std::endl;
      return *this;
   }
   MoveAwareType& operator=(MoveAwareType&&) {
      std::cout << "Move assignment operator" << std::endl;
      return *this;
   }
   ~MoveAwareType() {
      std::cout << "Destructor" << std::endl;
   }
};

int main() {
   std::vector<MoveAwareType> vec;
   MoveAwareType obj;
   vec.push_back(obj);
   vec.push_back(MoveAwareType());
   return 0;
}

上面的操作中，vec.push_back(obj) 会调用类 MoveAwareType 拷贝构造函数或者移动构造函数，将 obj 的副本或被移动后的对象添加到 vec 中。具体是调用拷贝构造函数还是移动构造函数，取决于编译器的优化和配置。

vec.push_back(MoveAwareType()); 创建一个临时的 MoveAwareType 对象，并将其添加到 vec 中。由于是临时对象，所以是不具名的，必然会触发调用类 MoveAwareType 的移动构造函数或移动赋值运算符将内容移动到 vec 中。

如果把前面的 Image 类型作为元素类型呢？

这就要求 Image 类型需要实现移动语义了，而且占空间的图像数据应该被抽象到单独的数据类中，方便移动。

全文未结束，本文只是上篇。如果各位同学朋友有什么疑问可以联系笔者，当然笔者也愿意和你进一步探讨这方面的问题。另外，八戒有自己的技术圈朋友群，如果读者朋友想进群交流技术问题，欢迎联系我。下拉到文章底部有我的联系方式！

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prompt：一个会写代码的牛仔，帽子印有 Cpp 字样，背着袋子，在西部荒野骑马狂奔，数字艺术

STL 提供的容器可以有多快？（上）

拷贝的巨大开销

指针

移动感知类型