1.10 stl容器新增的实用方法

下面讲解stl容器新增的实用方法。

1.10.1 原位构造与容器的emplace系列函数

在介绍emplace和emplace_back方法之前，我们先看一段代码：

以上代码在一个循环里产生一个对象，然后将这个对象放入集合中，这样的代码在实际开发中太常见了。但是这样的代码存在严重的效率问题：循环中的t对象在每次循环时，都分别调用了一次构造函数、拷贝构造函数和析构函数，如下所示。

以上总共循环10次，调用30次。但实际上，我们的初衷是创建一个对象t，将其直接放入集合中，而不是将t作为一个中间临时产生的对象，这样的话，总共需要调用t的构造函数 10次就可以了。C++11提供了一个在这种情形下替代 push_back 的方法——emplace_back。通过使用emplace_back，可以将main函数中的代码改写如下：

经过以上改写，在实际执行时只需调用Test类的构造函数10次，大大提高了执行效率。

同理，在这种情形下，对于像 std：：list、std：：vector 这样的容器，其 push、push_front方法在C++11中也有对应的改进方法，即emplace/emplace_front方法。在C++Reference上将这里的emplace操作称为“原位构造元素（EmplaceConstructible）”是非常贴切的。

除了使用emplace系列的函数原位构造元素，我们也可以为Test类添加移动构造函数（Move Constructor），复用产生的临时对象t以提高效率。

1.10.2 std：：map的try_emplace方法与insert_or_assign方法

因为std：：map中元素的key是唯一的，所以在实际开发中经常会有这样一类需求：向某个 map中插入元素时需要先检测 map中指定的 key是否存在，不存在时做插入操作，存在时直接取来使用；或者在指定的key不存在时做插入操作，存在时做更新操作。

以PC版的QQ为例，好友列表中的每个好友都对应一个userid，当我们双击某个QQ好友头像时，如果与该好友的聊天对话框（这里使用 ChatDialog 表示）已经存在，则直接将其激活并显示，如果不存在，则将其创建并激活、显示。假设我们使用std：：map来管理这些聊天对话框，则在C++17之前的版本中，必须编写额外的逻辑去判断元素是否存在。可以将上述逻辑编写如下：

在C++17中，map提供了一个try_emplace方法，该方法会检测指定的key是否存在，如果存在，则什么也不做。函数签名如下：

在以上函数签名中，参数k表示需要插入的key；args参数是一个不定参数，表示构造value对象需要传给构造函数的参数；通过hint参数可以指定插入的位置。

在前两种签名形式中，try_emplace 的返回值是一个 std：：pair<T1，T2>类型，其中 T2是一个 bool 类型，表示元素是否成功插入 map 中；T1 是一个 map 的迭代器，如果插入成功，则返回指向插入位置的元素的迭代器，如果插入失败，则返回 map 中已存在的相同key元素的迭代器。我们用 try_emplace改写上面的代码（这里不关心插入的位置，因此使用前两个签名）：

使用 try_emplace 改写后的代码简洁了许多。但是在以上代码中需要注意：由于std：：map<int64_t，ChatDialog*> m_ChatDialogs 的 value 是指针类型（ChatDialog*），而try_emplace的第 2个参数支持的是构造一个 ChatDialog对象，而不是指针类型，因此在某个 userid 不存在时，成功插入 map 后会导致相应的 value 为空指针。因此，我们利用inserted的值按需新建一个ChatDialog。当然，在新的C++规范（C++11及后续版本）提供了灵活而强大的智能指针以后，我们不应该再有任何理由去使用裸指针了，因此可以对以上代码使用std：：unique_ptr智能指针类型来重构：

以上代码将 map 的类型从 std：：map<int64_t，ChatDialog*>改为 std：：map<int64_t，std：：unique_ptr<ChatDialog>>，让程序自动管理聊天对话框对象。程序在gcc/g++7.3中编译并运行输出如下：

在以上代码中，构造函数和析构函数均被调用了3次，实际上，按最原始的逻辑（上文中普通版本）来讲，ChatDialog 应该只被构造和析构 2 次，多出来的一次是因为在try_emplace时，无论某个userid是否存在于map中，均创建一个ChatDialog对象（这是额外的用不上的对象）。由于这个对象并没有被用上，所以在出了 onDoubleClickFriendItem3函数的作用域后，智能指针对象 spChatDialog 被析构，进而导致这个额外的、用不上的ChatDialog对象被析构。这相当于做了一次无用功。为此，我们可以继续优化代码如下：

以上代码按照之前裸指针版本的思路，按需创建了一个智能指针对象，避免了一次ChatDialog对象无用的构造和析构。再次编译程序，执行结果如下：

在auto [iter，inserted]=m_ChatDialogs.try_emplace（userid，nullptr）；语句中，m_ChatDialogs.try_emplace（userid，nullptr）函数返回两个值，第2个值inserted是一个布尔变量，表示操作是否成功，如果成功，则在第1个返回值iter中含有函数调用成功后的数据。这种函数存在多个返回值且其中一个值表示函数是否调用成功，我们称这种模式为ok-idiom模式，Golang开发者应该很熟悉这种ok-idiom模式。

为了方便验证try_emplace函数支持原位构造（上文已经介绍），我们将map的value类型改成 ChatDialog 类型。在实际开发中，对于非 POD 类型的复杂数据类型，在 stl 容器中应该存储其指针或者智能指针类型，而不是对象本身。修改后的代码如下：

在以上代码中，我们为 ChatDialog 类的构造函数增加了一个 userid 参数，因此当调用 try_emplace 方法时，需要传递一个参数，这样 try_emplace 就会根据 map 中是否已存在同样的 userid 按需构造 ChatDialog 对象了。程序的执行结果和上一个代码示例应该是一样的：

对于智能指针对象std：：unique_ptr，在后面的小节中将详细介绍。

上文介绍了map中指定的key不存在则插入相应的value，存在则直接使用该key对应的 value的情形。这里再来介绍 map中指定的 key不存在则插入相应的 value，存在则更新其value的情形。C++17为map容器新增了一个insert_or_assign方法，让我们不再像C++17标准之前一样额外编写先判断是否存在，不存在则插入，存在则更新的代码了，这次我们可以一步到位。insert_or_assign的函数签名如下：

其各个函数参数的含义与try_emplace一样，这里不再赘述。

再来看一个例子：

在以上代码中尝试插入名为Tom的用户，由于该人名在map中不存在，因此插入成功；当插入人名为Alex的用户时，由于在map中已经存在该人名，因此只对其年龄进行更新，将Alex的年龄从45更新为27。程序执行结果如下：

本节介绍了 C++11/17 为 stl 容器新增的几个实用方法，合理利用这些新增的方法会让我们的程序变得更简洁、高效。其实，新的C++标准一直在不断改进和优化现有的 stl容器，如果经常需要与这些容器打交道，则建议留意C++新标准中这些容器的新动态。