map::emplace不总是比map::insert快

自C++11起，标准库中的许多集合类型提供了emplace函数，可以在集合内直接创建新元素，而不需要将现有元素复制或移动到集合内。在很多情况下，使用emplace函数能够减少复制或移动构造函数的开销，能提供比insert、push等函数更高的性能。但对于std::map和std::unordered_map而言，在某些情况下insert可能比emplace更快。

调用std::map<TKey, TValue>::insert函数需要传入一个std::pair<TKey, TValue>对象。在实际插入时，这个pair会用于复制构造或移动构造map中实际的存储对象，这样会产生一次复制操作。调用std::map<TKey, TValue>::emplace函数时，则会使用传入的参数直接在实际的存储位置原地构造一个std::pair<TKey, TValue>，这样通常可以减少一次复制操作¹。

但是，若key原本就已经存在，则insert只需完成键的对比就可以直接返回了，而emplace将必须原地构造一个新的对象才能开始对比，使用emplace将需要额外的构造开销。根据Quick C++ Benchmarks (quick-bench.com)的测试结果，下面的代码中，MapEmplace算例所用时间大约为MapInsertConst算例的3倍。

static void MapEmplace(benchmark::State& state) {
  map<string, int> s;
  string val("SomeVeryLongString");
  s.emplace(val, 1);

  for (auto _ : state) {
    s.emplace(val, 1);
  }
}

BENCHMARK(MapEmplace);

static void MapInsertConst(benchmark::State& state) {
  map<string, int> s;
  string val("SomeVeryLongString");
  const pair<const string, int> p{val, 1};
  s.emplace(val, 1);

  for (auto _ : state) {
    s.insert(p);
  }
}

BENCHMARK(MapInsertConst);

需要注意的是，若使用非const的左值作为insert函数的参数，则会调用template<class P> insert(P&& value)这一重载，而不是insert(value_type&& value)。这实际上等同于直接调用emplace¹。下面的测试代码中，MapInsert所用时间约为MapInsertConst的3倍。

static void MapInsert(benchmark::State& state) {
  map<string, int> s;
  string val("SomeVeryLongString");
  pair<const string, int> p{val, 1};
  s.emplace(val, 1);

  for (auto _ : state) {
    s.insert(p);
  }
}

BENCHMARK(MapInsert);

static void MapInsertConst(benchmark::State& state) {
  map<string, int> s;
  string val("SomeVeryLongString");
  const pair<const string, int> p{val, 1};
  s.emplace(val, 1);

  for (auto _ : state) {
    s.insert(p);
  }
}

BENCHMARK(MapInsertConst);

参考文献

1. std::map<Key,T,Compare,Allocator>::emplace – cppreference.com

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