为什么std :: sort构造对象？

Question

我创建了以下类来理解以下行为std::sort:

class X {
public:
  X(int i) : i_(i) { }
  X(X&& rhs) noexcept : i_(std::move(rhs.i_)) { mc_++; }
  X& operator=(X&& rhs) noexcept {
    i_ = std::move(rhs.i_); ao_++; return *this;
  }
  void swap(X& rhs) noexcept { std::swap(i_, rhs.i_); sw_++; } 
  friend bool operator<(const X& lhs, const X& rhs) {
    return lhs.i_ < rhs.i_;
  }
  static void reset() { mc_ = ao_ = sw_ = 0; }
private:
  int i_;
  static size_t mc_, ao_, sw_; // function-call counters
};
// void swap(X& lhs, X& rhs) { lhs.swap(rhs); }

并运行以下基准代码:

int main() {
  std::vector<X> v;
  for (int i = 0; i < 1000000; i++) v.emplace_back(i);

  std::mt19937 g(0xa41bc9); // fixed seed to compare measurements
  std::shuffle(v.begin(), v.end(), g);

  X::reset();
  std::sort(std::begin(v), std::end(v));
}

在线IDE中的完整代码如下:https://wandbox.org/permlink/nbwRKptakgCSHK4f.

测量的特定函数的调用次数如下(所有带-O2或/O2标志):

   function:   move ctor    operator=        swap
  GCC 7.1.0:   5,007,335   11,700,048           0
clang 4.0.0:   4,932,061    9,973,899           0
 MSVC 19.11:   8,580,356   21,521,211           0

如果我取消注释该swap功能,情况会变得更好:

   function:   move ctor    operator=        swap
  GCC 7.1.0:     999,999    3,685,376   4,007,336
clang 4.0.0:      72,554      254,885   4,859,507
 MSVC 19.11:     906,593    6,173,685   7,673,763

但是,仍然有很多调用移动构造函数(加析构函数)和移动赋值运算符.困扰我的是效率.例如,编译器调用swap并且operator=可以内联,但我猜编译器可能不会"内联"(优化)对象的构造/销毁.

为什么在排序中使用对象的构造/分配？就地排序(通常是std::sort这样)可以完全通过比较和交换操作来实现.

UPDATE

我的假设是错误的.优化对象创建/销毁似乎是完全合法的,例如:

X temp = std::move(x1);  
x1 = std::move(x2);
x2 = std::move(temp);

因此,这样的代码可以像定制一样高效swap.在线示例:https://godbolt.org/g/ud4u9U - 没有移动构造函数/赋值运算符的调用,尽管这些并不是微不足道的,并且它们的功能被内联到了main.

Answer 1

std::sort()是一种混合算法。虽然普通的快速排序可以只使用swap()操作（来自std::partition()），但真正的排序方法很可能也使用插入、堆和/或合并排序。对于这些排序算法，通常更有效的方法是将对象移开（通过移动构造），将对象移动到当前的“洞”中，最后将不合适的对象移开。只保留一个临时对象可能是合理的，但很可能该算法使用了一些函数，并且保留临时对象有点不切实际（尽管我之前没有考虑过并且可能值得尝试）。

今年早些时候，我在意大利 C++ 会议上录制了我的快速排序演讲：它详细介绍了快速排序的细节。

结果是：如果你想对对象进行排序，你最好确保复制/移动构造、复制/移动赋值、析构函数和swap()速度快。我可以想象，保留临时对象可以减少构建和销毁的需要，但分配仍将保留。专门的破坏性举动也可能会提高性能，但我还没有尝试过。