Effective STL 第3条：确保容器中的对象拷贝正确而高效

在Effective STL中，第3条强调了确保容器中的对象拷贝正确而高效的重要性。这一条目主要讨论了STL容器在存取对象时的拷贝操作，以及如何避免因拷贝操作带来的性能瓶颈和错误。

一、容器元素的拷贝操作

当你向容器中插入或访问对象时，实际上会伴随着拷贝操作。具体来说：

• 插入操作：当你使用insert或push_back等操作向容器中加入对象时，容器会将对象拷贝一份并存储在容器中。
• 访问操作：当你从容器中取出一个对象时，容器会将对象拷贝出来供你使用。

这种拷贝操作在vector、string、deque等容器中尤为明显，尤其是在插入或删除元素时，现有元素的位置通常会移动，导致元素被拷贝。此外，当你使用排序算法（如sort）、next_permutation、previous_permutation、remove、unique、rotate或reverse等算法时，对象也可能会被移动或拷贝【1†source】。

二、拷贝带来的性能问题

如果对象的拷贝操作很耗时，那么频繁的拷贝会导致程序性能下降。此外，如果对象的拷贝操作具有特殊的含义（如管理动态内存或资源），默认的拷贝操作可能无法正确处理，导致资源泄漏或不正确的对象状态【2†source】。

三、拷贝构造函数与拷贝赋值运算符

默认情况下，C++会为类提供默认的拷贝构造函数和拷贝赋值运算符。这些默认的拷贝操作是按位拷贝，适用于简单的数据类型。然而，对于复杂的对象，尤其是涉及动态内存管理或资源管理的类，按位拷贝可能会导致资源泄漏或不正确的行为【3†source】。

因此，对于自定义的类，建议显式地定义拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，以确保拷贝操作的正确性和高效性。例如：

class Widget {
public:Widget(const Widget&);          // 拷贝构造函数Widget& operator=(const Widget&);// 拷贝赋值运算符
};

四、剥离现象及其解决方案

当有继承关系时，拷贝操作可能会导致“剥离”现象。具体来说，如果你创建了一个存放基类对象的容器，并试图在其中插入派生类的对象，那么在拷贝过程中，派生类对象的特有部分（属于派生类的部分）将会丢失【4†source】。

例如：

class Widget {};
class SpecialWidget : public Widget {};vector<Widget> vw;
SpecialWidget sw;
vw.push_back(sw);

在上述代码中，sw是一个SpecialWidget对象，但在插入到vector<Widget>容器时，由于容器只能存储Widget对象，因此会调用Widget的拷贝构造函数，导致SpecialWidget的特有部分丢失【5†source】。

解决方法：

为了避免剥离现象，可以考虑以下两种方法：

1. 使用指针容器：将容器中的元素改为指针类型（如vector<Widget*>）。这样，容器存储的是对象的指针，而不是对象本身。拷贝指针的操作非常高效，并且不会导致剥离现象。例如：

   vector<Widget*> vw;
   SpecialWidget* sw = new SpecialWidget;
   vw.push_back(sw);
   

2. 使用智能指针：为了避免手动管理内存带来的资源泄漏问题，可以使用智能指针（如unique_ptr或shared_ptr）。智能指针能够自动管理内存，确保对象的生命周期安全。例如：

   vector<unique_ptr<Widget>> vw;
   vw.push_back(make_unique<SpecialWidget>());
   

五、STL容器的高效性

STL容器在对象管理方面比传统的数组更为高效。例如：

• 动态管理：STL容器（如vector）会根据实际需要动态地分配内存，避免了预先分配大量未使用对象的浪费。
• 预留空间：通过reserve方法，可以预先为容器预留一定数量的内存空间，从而避免频繁的内存重新分配【6†source】。

例如：

vector<Widget> vw;
vw.reserve(maxNumWidgets); // 预留maxNumWidgets个Widget的空间

这样，容器会在需要时动态地分配内存，避免了不必要的拷贝操作，从而提高了程序的效率【7†source】。

六、总结

Effective STL的第3条强调了在使用STL容器时，必须确保对象的拷贝操作是正确且高效的。通过显式地定义拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，可以避免默认拷贝操作带来的潜在问题。同时，通过使用指针或智能指针容器，可以避免“剥离”现象，并提高程序的效率【8†source】。

在实际开发中，建议根据具体需求选择合适的容器类型，并合理管理对象的生命周期，以确保程序的高效性和正确性。