标准库中容器方面的改进

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小牛编辑

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2023-12-01

新的语言特性和近10年来的经验会给标准库中的容器带来啥改进呢？首先，新容器类型：array(大小固定容器)，forward_list

（单向链表），unordered containers（哈希表，无序容器）。其次，新特性：initializer lists（初始化列表），rvalue

references（右值引用），variadic templates（可变参数模板），constexpr（常量表达式）。下边均以vector为例加以介绍：

初始化列表（Initializer lists）：最显著的改进是容器的构造函数可以接受初始化列表来作为参数：
```
vector<string> vs = { "Hello", ", ", "World!", "\n" };
for (auto s : vs ) cout << s;
```
move操作：容器新增了move版的构造和赋值函数（作为传统copy操作的补充）。它最重要的内涵就是允许我们高效的从函数中返回一个容器：
```
vector<int&gt; make_random(int n)
{
    vector<int&gt; ref(n);
    // 产生0-255之间的随机数
        for(auto x& : ref) x = rand_int(0,255);

        return ref;
}

vector<int> v = make_random(10000);
for (auto x : make_random(1000000)) cout << x << '\n';
```
上边代码的关键点是vector没有被拷贝操作(译注：vector ref的内存空间不是应该在函数返回时被stack自动回收吗？move assignment通过右值引用精巧的搞定了这个问题)。对比我们现在的两种惯用法：在自由存储区来分配vector的空间，我们得负担上内存管理的问题了；通过参数传进已经分配好空间的vector，我们得要写不太美观的代码了（同时也增加了出错的可能）。
改进的push操作：作为我最喜爱的容器操作函数，push_back()允许我们优雅的增大容器：
```
vector<pair<string,int>> vp;
string s;
int i;
while(cin&gt;&gt;s&gt;&gt;i) vp.push_back({s,i});
```
如上代码通过r和i构造了一个pair对象，然后将它move到vp中。注意这里是”move”而不是”copy”。这个push_back版本接受了一个右值引用参数，因此我们可以从string的移动构造函数（move
constructor）（译注：直接由拷贝构造函数（copy ctor）对应而来）中获益。同时使用了[统一初始化语法]（unified initializer syntax）来避免哆嗦。
原地安置操作（Emplace operations）：在大多数情况下，push_back()使用移动构造函数（而不是拷贝构造函数）来保证它更有效率，不过在极端情况下我们可以走的更远。为何一定要进行拷贝/移动操作？为什么不能在vector中分配好空间，然后直接在这个空间上构造我们需要的对象呢？做这种事儿的操作被叫做”原地安置”（emplace，含义是：putting in place）。举一个emplace_back()的例子：
```
vector<pair<string,int>> vp;
string s;
int i;
while(cin&gt;&gt;s&gt;&gt;i) vp.emplace_back(s,i);
```
emplace_back()接受了可变参数模板变量并通过它来构造所需类型。至于emplace_back()是否比push_back()更有效率，取决于它和可变参数模板的具体实现。如果你认为这是一个重要的问题，那就实际测试一下。否则，就从美感上来选择它们吧。到目前为止，我更喜欢push_back()，不过只是目前哦。
Scoped allocators：现在容器中可以持有”拥有状态的空间分配对象(allocationobjects)”了，并通过它来进行”nested/scoped”方式的空间分配（译注：原文：use those to control nested/scoped allocation ）（举例：为容器中的元素分配空间）。

显然，容器不是唯一从新语言特性中获益的标准库部分：

编译期计算（Compile-time evaluation）：常量表达式
为bitset, duration, char_traits, array, atomic types,
random numbers,
complex等类型引入了编译期计算。对于某些情况，这意味着性能上的改善；而对于其它情况（无法编译期优化的情况下），则意味着可以减少晦涩代码和宏的使用了。
元组（Tuples）：如果没有可变参数模板
，它就不存在了。

（翻译：interma）