C++ 现代C++实战30讲笔记记录（一）
看了吴咏炜老师的现代C++实战30讲，又补充到了一些新知识
- 为什么不要返回本地变量的引用
- vector容器 emplace系列函数如何提升容器的性能
为什么不要返回本地变量的引用
有一种常见的 C++ 编程错误，是在函数里返回一个本地对象的引用。由于在函数结束时本地对象即被销毁，返回一个指向本地对象的引用属于未定义行为。理论上来说，程序出任何奇怪的行为都是正常的。
在 C++11 之前，返回一个本地对象意味着这个对象会被拷贝，除非编译器发现可以做返回值优化（named return value optimization，或 NRVO），能把对象直接构造到调用者的栈上。从 C++11 开始，返回值优化仍可以发生，但在没有返回值优化的情况下，编译器将试图把本地对象移动出去，而不是拷贝出去。这一行为不需要程序员手工用 std::move 进行干预——使用 std::move 对于移动行为没有帮助，反而会影响返回值优化。
下面是个例子：
#include <iostream> // std::cout/endl
#include <utility> // std::move
using namespace std;
class Obj {
public:
Obj()
{
cout << "Obj()" << endl;
}
Obj(const Obj&)
{
cout << "Obj(const Obj&)"
<< endl;
}
Obj(Obj&&)
{
cout << "Obj(Obj&&)" << endl;
}
};
Obj simple()
{
Obj obj;
// 简单返回对象；一般有 NRVO
return obj;
}
Obj simple_with_move()
{
Obj obj;
// move 会禁止 NRVO
return std::move(obj);
}
Obj complicated(int n)
{
Obj obj1;
Obj obj2;
// 有分支，一般无 NRVO
if (n % 2 == 0) {
return obj1;
} else {
return obj2;
}
}
int main()
{
cout << "*** 1 ***" << endl;
auto obj1 = simple();
cout << "*** 2 ***" << endl;
auto obj2 = simple_with_move();
cout << "*** 3 ***" << endl;
auto obj3 = complicated(42);
}
输出通常为：
*** 1 ***
Obj()
*** 2 ***
Obj()
Obj(Obj&&)
*** 3 ***
Obj()
Obj()
Obj(Obj&&)
vector容器 emplace系列函数如何提升容器的性能
vector容器允许以下操作
- 可以使用 emplace 在指定位置构造一个元素
- 可以使用emplace_back 在尾部新构造一个元素
大家可以留意一下 push_… 和 pop_… 成员函数。它们存在时，说明容器对指定位置的删除和插入性能较高。vector 适合在尾部操作，这是它的内存布局决定的。只有在尾部插入和删除时，其他元素才会不需要移动，除非内存空间不足导致需要重新分配内存空间
当 push_back、insert、reserve、resize 等函数导致内存重分配时，或当 insert、erase 导致元素位置移动时，vector 会试图把元素“移动”到新的内存区域。vector 通常保证强异常安全性，如果元素类型没有提供一个保证不抛异常的移动构造函数，vector 通常会使用拷贝构造函数。因此，对于拷贝代价较高的自定义元素类型，我们应当定义移动构造函数，并标其为 noexcept，或只在容器中放置对象的智能指针。这就是为什么我之前需要在 smart_ptr 的实现中标上 noexcept 的原因。下面的代码可以演示这一行为：
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
class Obj1 {
public:
Obj1()
{
cout << "Obj1()\n";
}
Obj1(const Obj1&)
{
cout << "Obj1(const Obj1&)\n";
}
Obj1(Obj1&&)
{
cout << "Obj1(Obj1&&)\n";
}
};
class Obj2 {
public:
Obj2()
{
cout << "Obj2()\n";
}
Obj2(const Obj2&)
{
cout << "Obj2(const Obj2&)\n";
}
Obj2(Obj2&&) noexcept
{
cout << "Obj2(Obj2&&)\n";
}
};
int main()
{
vector<Obj1> v1;
v1.reserve(2);
v1.emplace_back();
v1.emplace_back();
v1.emplace_back();
vector<Obj2> v2;
v2.reserve(2);
v2.emplace_back();
v2.emplace_back();
v2.emplace_back();
}
我们可以立即得到下面的输出：
Obj1()
Obj1()
Obj1()
Obj1(const Obj1&)
Obj1(const Obj1&)
Obj2()
Obj2()
Obj2()
Obj2(Obj2&&)
Obj2(Obj2&&)
Obj1 和 Obj2 的定义只差了一个 noexcept，但这个小小的差异就导致了 vector 是否会移动对象。这点非常重要。
C++11 开始提供的 emplace… 系列函数是为了提升容器的性能而设计的。你可以试试把 v1.emplace_back() 改成 v1.push_back(Obj1())。对于 vector 里的内容，结果是一样的；但使用 push_back 会额外生成临时对象，多一次（移动或拷贝）构造和析构。如果是移动的情况，那会有小幅性能损失；如果对象没有实现移动的话，那性能差异就可能比较大了。
现代处理器的体系架构使得对连续内存访问的速度比不连续的内存要快得多。因而，vector 的连续内存使用是它的一大优势所在。当你不知道该用什么容器时，缺省就使用 vector 吧。vector 的一个主要缺陷是大小增长时导致的元素移动。如果可能，尽早使用 reserve 函数为 vector 保留所需的内存，这在 vector 预期会增长很大时能带来很大的性能提升。
