为什么 std::vector 在初始化时强制复制？

Question

我有一个 copy/move 探测 class:

#include <iostream>

struct A
{
    A()
    {
        std::cout << "Creating A" << std::endl;
    }

    ~A() noexcept
    {
        std::cout << "Deleting A" << std::endl;
    }

    A(const A &)
    {
        std::cout << "Copying A" << std::endl;
    }

    A(A &&) noexcept
    {
        std::cout << "Moving A" << std::endl;
    }

    A &operator=(const A &)
    {
        std::cout << "Copy-assigning A" << std::endl;
        return *this;
    }

    A &operator=(A &&) noexcept
    {
        std::cout << "Move-assigning A" << std::endl;
        return *this;
    }
};

而且我发现运行:

#include <vector>

int main(int, char **)
{
    std::vector<A> v { A() };
}

产生以下输出：

Creating A
Copying A
Deleting A
Deleting A

为什么初始化不只是移动对象？我知道 std::vector 可能会创建 undesired copies on resize，但如您所见，添加 noexcept 在这里没有帮助（此外，我认为调整大小导致副本的原因不适用于初始化）。

如果我改为执行以下操作：

std::vector<A> v;
v.push_back(A());

我没有得到副本。

已使用 GCC 5.4 和 Clang 3.8 进行测试。

Answer 1

这不是 std::vector，而是 std::initializer_list。

std::initializer_list 由 const 元素数组支持。它不允许非 const 访问其数据。

这会阻止从其数据中移动。

但这是C++，所以我们可以解决这个问题：

template<class T, class A=std::allocator<T>, class...Args>
std::vector<T,A> make_vector(Args&&...args) {
  std::array<T, sizeof...(Args)> tmp = {{std::forward<Args>(args)...}};
  std::vector<T,A> v{ std::make_move_iterator(tmp.begin()), std::make_move_iterator(tmp.end()) };
  return v;
}

现在我们得到：

auto v = make_vector<A>( A() );

每个元素给你 1 个额外的移动：

Creating A
Moving A
Moving A
Deleting A
Deleting A
Deleting A

我们可以通过谨慎的保留和安置来消除那个额外的实例：

template<class T, class A=std::allocator<T>, class...Args>
std::vector<T,A> make_vector(Args&&...args) {
  std::vector<T,A> v;
  v.reserve(sizeof...(args));
  using discard=int[];
  (void)discard{0,(void(
    v.emplace_back( std::forward<Args>(args) )
  ),0)...};
  return v;
}

Live example of both -- 只需将 v2:: 换成 v1:: 即可查看第一个的效果。

输出：

Creating A
Moving A
Deleting A
Deleting A

这里可能会有更多的向量开销，因为编译器可能很难证明 emplace_back 不会导致重新分配（即使我们可以证明），因此将编译冗余检查在最有可能。（在我看来，如果没有足够的容量，我们需要一个 emplace_back_unsafe 即 UB）。

失去额外的 A 组可能是值得的。

另一个选择：

template<std::size_t N, class T, class A=std::allocator<T>, class...Args>
std::vector<T,A> make_vector(std::array<T, N> elements) {
  std::vector<T,A> v{ std::make_move_iterator(elements.begin()), std::make_move_iterator(elements.end()) };
  return v;
}

像

一样使用

auto v = make_vector<1,A>({{ A() }});

您必须在其中手动指定元素的数量。它与上面的版本 2 一样高效。

为什么 std::vector 在初始化时强制复制？

Why does std::vector enforce copy on initialization?

c++

vector

move-semantics

c++11