一、push_back的基本概念
在C++ STL中,push_back是vector类中的一个通用成员函数,用于在向量的末尾插入一个新元素。
vectorvec = {1, 2, 3}; vec.push_back(4); //【输出结果】vec中的元素为1,2,3,4
可以看到,push_back函数的调用使用起来非常方便,只需要指明想要插入的元素即可。由于在向量的末尾插入元素是一种非常常见的场景,因此push_back也是vector类中最经常使用的函数之一。
二、对push_back的参数类型的限制
由于push_back的参数类型并没有明确指定,因此在使用时需要注意一些细节。首先,push_back的参数必须是与vector声明时指定的类型相同,否则会导致编译错误:
vectorvec = {1, 2, 3}; vec.push_back("4"); //【编译错误】无法从const char *转换为int
同时,如果在声明vector时使用了模板特化,参数类型也需要保证与模板特化的类型相同,否则同样会引发编译错误:
vector> vec = {{1, 2}, {3, 4}}; vec.push_back(make_pair(5, "6")); //【编译错误】无法从const char *转换为int
三、push_back引起的内存重新分配
如果推入的元素数量达到了vector已经分配的内存容量,那么push_back会引起内存重新分配。当要插入的元素个数大于当前容器的容量时,STL会自动分配一段更大的内存来存储新元素,然后将旧元素拷贝到新内存中,释放旧内存。显然,这一过程会导致时间和空间的浪费,因此需要在需要频繁推入元素的情况下,谨慎地指定vector的初始容量,以避免频繁的内存重新分配。
vectorvec; cout << "capacity:" << vec.capacity() << endl; //【输出结果】capacity:0 for (int i = 0; i < 10; i++) { vec.push_back(i); cout << "element:" << vec[i] << ", capacity:" << vec.capacity() << endl; } // 【输出结果】 // element:0, capacity:1 // element:1, capacity:2 // element:2, capacity:4 // element:3, capacity:4 // element:4, capacity:8 // element:5, capacity:8 // element:6, capacity:8 // element:7, capacity:8 // element:8, capacity:16 // element:9, capacity:16
四、使用push_back来优化程序效率的技巧
(1)使用reserve指定容器初始大小
前面提到,频繁地插入元素会导致内存重新分配,因此在已知将要使用多少元素时,可以使用reserve函数来预先分配一定的内存以避免这种情况的发生。这个技巧在实际工程中效果十分明显,能大幅度减少程序的运行时间。
vectorvec; vec.reserve(100); // 提前分配100个int类型的内存空间 for (int i = 0; i < 100; i++) { vec.push_back(i); }
(2)使用emplace_back避免拷贝构造函数调用
push_back在将参数插入容器中时,需要调用对象的拷贝构造函数将对象复制一份,然后再将这份复制插入容器中。这个过程在对象的属性较少时可能不会产生太大的开销,但对于大型对象而言,这个过程将会十分耗时。
为了避免对象的大量复制,C++11引入了一个新的容器函数emplace_back。与push_back不同的是,emplace_back可以直接在容器中构造新的对象,而不是需要先构造一份副本,所以emplace_back更加高效。
vector> vec; vec.emplace_back(1, 2); vec.emplace_back(3, 4); vec.emplace_back(5, 6); // 【等价于】 vec.push_back(make_pair(1, 2)); vec.push_back(make_pair(3, 4)); vec.push_back(make_pair(5, 6));
(3)使用insert来在特定位置插入元素
虽然push_back函数在向量的末尾插入元素时非常方便,但在其他位置插入元素时就显得有些慢了。这时可以使用vector类的insert函数,将元素插入到特定的位置中。与push_back类似,参数可以是任意类型的元素。
vectorvec = {1, 2, 3, 4}; vec.insert(vec.begin() + 2, 10); // 【输出结果】vec中的元素为1,2,10,3,4
结语
通过对push_back的基本概念、参数类型限制、内存重新分配以及优化程序效率的技巧做了较为详细的阐述。在实际应用中,不仅要了解函数的基本使用方法,更要善于利用函数提供的一些特性来提高程序的效率。希望本文的讲解能够对大家有所帮助。