std::map 尝试 emplace 与 emplace 奇怪的行为

Question

常见的建议是在几乎所有情况下都优先std::map::try_emplace使用std::map::emplace。

我编写了一个简单的测试来跟踪调用这些函数时的对象创建/复制/移动/销毁，无论是否发生冲突，结果表明，try_emplace当密钥尚未在地图中时，会产生额外的移动和销毁密钥。

为什么行为上有差异？

我确实知道移出对象的移动和销毁通常很便宜，尤其是对于琐碎的键来说，但我仍然对结果感到惊讶，因为它们似乎暗示在某些情况下可能会emplace更有效。

编译器资源管理器链接（Clang 14、libc++、-O3）

来源：

#include <map>
#include <iostream>

struct F {
    F(int i): i(i) { std::cout << "- ctor (" << i << ")\n"; }
    ~F() { std::cout << "- dtor (" << i << ")\n"; }
    F(const F& f): i(f.i) { std::cout << "- copy ctor (" << i << ")\n"; }
    F(F&& f): i(f.i) { std::cout << "- move ctor (" << i << ")\n"; }
    F& operator=(const F& f) { i = f.i; std::cout << "- copy (" << i << ")\n"; return *this; }
    F& operator=(F&& f) { i = f.i; std::cout << "- move (" << i << ")\n"; return *this; }
    bool operator <(const F& f) const { return i < f.i; }
    int i{};
};

int main() {
    std::map<F, F> m;
    std::cout << "emplace 1:\n";
    m.emplace(1, 2);
    std::cout << "emplace 2:\n";
    m.emplace(1, 3);
    std::cout << "clear:\n";
    m.clear();
    std::cout << "try_emplace 1:\n";
    m.try_emplace(1, 2);
    std::cout << "try_emplace 2:\n";
    m.try_emplace(1, 3);
    std::cout << "done:\n";
}

结果：

emplace 1:
- ctor (1)
- ctor (2)
emplace 2:
- ctor (1)
- ctor (3)
- dtor (3)
- dtor (1)
clear:
- dtor (2)
- dtor (1)
try_emplace 1:
- ctor (1)
- move ctor (1)
- ctor (2)
- dtor (1)
try_emplace 2:
- ctor (1)
- dtor (1)
done:
- dtor (2)
- dtor (1)

Answer 1

两个函数的区别在于：

• std::map::emplace构造 a value_type，即std::pair就地，然后尝试插入该对。
• std::map::try_emplace首先尝试查找插入位置，如果找到，它将构造value_type，即std::pair就地。

try_emplace似乎为我们节省了一些工作，但请记住，即使我们不使用 向地图中插入任何新内容try_emplace，我们仍然必须检查是否可以以及在哪里插入。默认情况下会发生这种情况std::less，最终会调用：

bool operator<(const F& f) const { return i < f.i; }

F必须存在一个对象才能执行此比较，并且在 期间被构造一次try_emplace。

让我们用正在发生的事情来注释您的示例：

emplace 1:
 - ctor (1) // construct node{1, 2}
 - ctor (2)
emplace 2:
 - ctor (1) // construct node{1, 3}
 - ctor (3)
 - dtor (3) // can't insert, destroy node{1, 3}
 - dtor (1)

clear:
 - dtor (2) // destroy node{1, 2}
 - dtor (1)

try_emplace 1:
 - ctor (1) // construct temporary key
 - move_ctor (1) // location found, move key to node
 - ctor (2) // construct value
 - dtor (1) // destroy temporary key
try_emplace 2:
 - ctor (1) // construct temporary key
 - dtor (1) // destroy temporary key
done:
 - dtor (2) // destroy node{1, 2}
 - dtor (1)

结论

我们不能说emplace普遍比 更好或更差try_emplace，而是需要权衡：

没有预先存在的密钥	插入成功	插入失败
emplace	零开销1)	浪费键和值初始化
try_emplace	浪费关键动作	浪费密钥初始化

try_emplace当我们有一个预先存在的密钥而不是在or内部初始化一个密钥时，权衡就会发生变化emplace：

预先存在的密钥	插入成功	插入失败
emplace	浪费关键动作	浪费关键移动和初始化，浪费值初始化
try_emplace	浪费关键动作	零开销

总之，try_emplace与 相比，在最坏的情况下是浪费一招构造函数emplace，在最好的情况下，它绝对更好。在大多数情况下，但不是在所有情况下，更喜欢它。

^1） “开销”是指神奇地知道地图中的正确位置（或不存在）并就地初始化节点。预先存在的密钥的初始化被认为是免费的。