背景

最近看std的库和相关的API文档，然后就直接调用了。感觉自己好像学会了新工具，实际发现写出来的性能和老手相差很大。首先，建议大家看一下操作系统的书，了解什么是堆栈，内存的复制，回收释放等原理，在此基础上，了解std库就会有更深的见解。下面的例子是在Youtube学习编程优化的总结，分享给需要的同行。

用法优化示例

话不多说，先贴代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

using namespace std;

struct Vertex{
    float x, y, z;
    Vertex(float x, float y, float z):x(x), y(y),z(z){}
    Vertex(const Vertex& vertex):x(vertex.x), y(vertex.y), z(vertex.z){
        std::cout<<"copied"<<std::endl;
    }
};
int main()
{
    std::vector<Vertex> vertics;
    //vertics.reserve(3);
    vertics.push_back({1, 2, 3});
    vertics.push_back({4, 5, 6});
    vertics.push_back({7, 8, 9});
    return 0;
}

这是一个大家都熟悉的写法，参考API文档很容易写成如上的代码。上述代码的执行结果如下：

copied
copied
copied
copied
copied
copied

内存复制了6次，为什么呢？

1. 第一次copy，{1,2,3}初始化Vertex，然后copy到vector内，此时vertics的capacity为1。
2. 第二次copy，vertics空间不够，进行重新开辟空间，将{1,2,3}copy到新的vectics内。
3. 第三次copy，{4,5,6}初始化Vertex，然后copy到vector内，此时vertics的capacity为2。
4. 第四，五次copy，vertics空间又不够，再次重新开辟空间，将{1,2,3}，{4,5,6}copy到新的vertics内。
5. 第六次copy，{7,8,9初始化Vertex，然后copy到vector内，此时vertics的capacity为3。

短短的几行代码就存在如此多的内存复制，按照很多人的习惯，肯定就是循环里写push_back，那么copy的次数将会以$O(n^2)$平方增长。是不是顿时找到自己代码慢的原因了？

如何优化这个代码呢？第一步，预先评估一下vector的空间，使用reserve预留vector的空间。这里强调一下，这里是reserve不是resize，两者区别是：reserve是容器预留空间，不创建元素对象，在创建对象之间，不能引用容器内元素，因此加入新元素的时候，需要用push_back()/insert()等函数；resize()是改变容器大小，并且创建对象。调用函数以后，就可以直接引用容器内对象了，可以使用[]的形式访问对象，或者迭代器访问。如果这里误写成，resize(3) 如下所示：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

using namespace std;

struct Vertex{
    float x, y, z;
    Vertex(float x =0, float y =0, float z=0):x(x), y(y),z(z){}
    Vertex(const Vertex& vertex):x(vertex.x), y(vertex.y), z(vertex.z){
        std::cout<<"copied"<<std::endl;
    }
};
int main()
{
    std::vector<Vertex> vertics;
    //vertics.resize(3);     // copy 6次 
    //vertics.resize(3, {0, 0, 0}); // copy 9次
    //vertics.reserve(3); // copy 3次
    vertics.push_back({1, 2, 3});
    vertics.push_back({4, 5, 6});
    vertics.push_back({7, 8, 9});
    return 0;
}

vertics.push_back这里其实也存在内存copy，可以使用emplace_back()函数，这样最终版的代码如下：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

using namespace std;

struct Vertex{
    float x, y, z;
    Vertex(float x =0, float y =0, float z=0):x(x), y(y),z(z){}
    Vertex(const Vertex& vertex):x(vertex.x), y(vertex.y), z(vertex.z){
        std::cout<<"copied"<<std::endl;
    }
};
int main()
{
    std::vector<Vertex> vertics;
    //vertics.resize(3);//, {0,0,0});
    vertics.reserve(3);
    /*
    vertics.push_back({1, 2, 3});
    vertics.push_back({4, 5, 6});
    vertics.push_back({7, 8, 9});*/
    vertics.emplace_back(1,2,3);
    vertics.emplace_back(4,5,6);
    vertics.emplace_back(7, 8, 9);
    return 0;
}

不存在内存copy，有兴趣的同学可以使用一些循环，来测试不同方法的执行速度。