背景
今天研读map的源码时，发现之前的代码在使用map时出现了性能问题，源码简化如下，
代码语言：javascript复制#include<map>
#include<string>
#include<format>
#include<iostream>
const int obj_num=5;
void using_string_map()
{
std::map<std::string,int> name_id_map;
for (size_t i = 0; i < obj_num; i )
{
name_id_map.emplace("scene_" std::to_string(i),i);
}
for(const std::pair<std::string, int>& pair: name_id_map)
{
std::cout<<"name:"<<pair.first<<"t id:"<<pair.second<<"n";
}
}由如上代码，可以理解，设计思路为：遍历map时，使用引用的形式，不要产生“拷贝构造和析构”的代价。但是事与愿违，在遍历map时，map中每个对象都产生了“执行一次构造函数和一次析构函数”的代价。
也许如上的代码，并不能非常直观的看到所付出的代价。为此，可以通过两个方法进行验证。
验证地址
代码语言：javascript复制void using_string_map_with_address()
{
std::map<std::string, int> name_id_map;
for (size_t i = 0; i < obj_num; i )
{
name_id_map.emplace("scene_" std::to_string(i), i);
}
for(auto it = name_id_map.cbegin(); it!= name_id_map.cend();it )
{
std::cout << "name address :" << &(it->first) << "t id address :" << &(it->second) << "n";
}
for (const std::pair<std::string, int>& pair : name_id_map)
{
std::cout << "name:" << pair.first << "t id:" << pair.second << "n";
std::cout << "name address :" << &pair.first << "t id address :" << &pair.second << "n";
}
}
/*
output:
name address :000002B85F6B9F30 id address :000002B85F6B9F58
name address :000002B85F6B9C60 id address :000002B85F6B9C88
name address :000002B85F6C53C0 id address :000002B85F6C53E8
name address :000002B85F6C5450 id address :000002B85F6C5478
name address :000002B85F6C54E0 id address :000002B85F6C5508
name:scene_0 id:0
name address :000000EF7C6FF2F8 id address :000000EF7C6FF320
name:scene_1 id:1
name address :000000EF7C6FF2F8 id address :000000EF7C6FF320
name:scene_2 id:2
name address :000000EF7C6FF2F8 id address :000000EF7C6FF320
name:scene_3 id:3
name address :000000EF7C6FF2F8 id address :000000EF7C6FF320
name:scene_4 id:4
name address :000000EF7C6FF2F8 id address :000000EF7C6FF320
*/根据如上的输出，可以确认map中对象的地址和遍历时对象的地址不相同，其并非同一个对象。
执行过程
为了验证，遍历过程中，发生了什么，可以通过自定义数据类型，并在关键函数中输出日志，通过日志确认在map遍历过程中，发生的动作有哪些。
自定义数据类型如下：
代码语言：javascript复制class ObjName
{
public:
ObjName(std::string name):m_name(name)
{
std::cout << " con " << "n";
}
~ObjName()
{
std::cout << " decon" << "n";
}
ObjName(const ObjName& other):m_name(other.m_name)
{
std::cout << "copy con" << "n";
}
ObjName& operator=(const ObjName& other)
{
m_name = other.m_name;
std::cout << "copy assign " << "n";
}
ObjName(const ObjName&& other) :m_name(other.m_name)
{
std::cout << "move con " << "n";
}
ObjName& operator=(const ObjName&& other)
{
m_name = other.m_name;
std::cout << " move asign " << "n";
}
const std::string& name()const
{
return m_name;
}
std::strong_ordering operator<=>(const ObjName& name)const = default;
private:
std::string m_name{""};
};
使用自定义数据类型ObjName再次执行一遍map的遍历过程，如下：
代码语言：javascript复制void using_obj_name_map()
{
std::map<ObjName, int> name_id_map;
for (size_t i = 0; i < obj_num; i )
{
name_id_map.emplace("scene_" std::to_string(i), i);
}
std::cout << "---------------begin enum map---------n";
for (const std::pair<ObjName, int>& pair : name_id_map)
{
std::cout << "name:" << pair.first.name() << "t id:" << pair.second << "n";
std::cout << "###############n";
}
std::cout << "---------------end enum map---------n";
}
//oupt(部分输出)
/*
---------------begin enum map---------
copy con
name:scene_0 id:0
###############
decon
copy con
name:scene_1 id:1
###############
decon
copy con
name:scene_2 id:2
###############
decon
copy con
name:scene_3 id:3
###############
decon
copy con
name:scene_4 id:4
###############
decon
---------------end enum map---------
*/依据如上的输出，可以确认，在遍历map时，针对每个对象都执行了一次构造函数加一次析构函数。如果map中元素的数量很多又或者元素的构造函数比较耗时，必将造成一个性能瓶颈
分析
那问题的原因是什么呢，明明已经使用const加引用的形式，为何还会拷贝构造一个新对象并将其析构呢？我们知道，当数据类型不匹配时，会执行拷贝构造来创建新对象。基于如上的猜想，需要打印遍历map时iterator的数据类型。
代码语言：javascript复制void print_map_type()
{
std::map<ObjName, int> name_id_map;
for (size_t i = 0; i < obj_num; i )
{
name_id_map.emplace("scene_" std::to_string(i), i);
}
auto it = name_id_map.begin();
std::cout << typeid(it).name()<<"n";
}
//output:
/*
class std::_Tree_iterator
<
class std::_Tree_val
<
struct std::_Tree_simple_types
<
struct std::pair<class ObjName const ,int>
>
>
>
*/由如上的数据类型，可以看到，std::pair内的数据类型为：struct std::pair<class ObjName const ,int>，其中key为const类型。故map中key值是以const形式存储，遍历时pair里的key的值并非const形式，由于该键不存在，则需要创建一个新的键值对。
修改方法
如上我们得出结论map中key值是const型，而在遍历中使用的pair的key值并非const型，导致需要创建新的对象，故而执行了拷贝构造函数和析构函数。所以，当key值为const时可以避免临时对象的构造和析构，可以借助如下的程序进行验证。
验证地址
代码语言：javascript复制void using_string_map_with_address2()
{
std::map<std::string, int> name_id_map;
for (size_t i = 0; i < obj_num; i )
{
name_id_map.emplace("scene_" std::to_string(i), i);
}
for (auto it = name_id_map.cbegin(); it != name_id_map.cend(); it )
{
std::cout << "name address :" << &(it->first) << "t id address :" << &(it->second) << "n";
}
std::cout<<"------------------begin loop------------------------n";
for (const std::pair<const std::string, int>& pair : name_id_map)
{
std::cout << "name address :" << &pair.first << "t id address :" << &pair.second << "n";
}
}
//output
/*
name address :0101EA68 id address :0101EA84
name address :0101BCE0 id address :0101BCFC
name address :0101B838 id address :0101B854
name address :0101BB00 id address :0101BB1C
name address :0101B4C8 id address :0101B4E4
------------------begin loop------------------------
name address :0101EA68 id address :0101EA84
name address :0101BCE0 id address :0101BCFC
name address :0101B838 id address :0101B854
name address :0101BB00 id address :0101BB1C
name address :0101B4C8 id address :0101B4E4
*/执行过程
代码语言：javascript复制void using_obj_name_map()
{
std::map<ObjName, int> name_id_map;
for (size_t i = 0; i < obj_num; i )
{
name_id_map.emplace("scene_" std::to_string(i), i);
}
std::cout << "---------------begin loop---------n";
for (const std::pair<const ObjName, int>& pair : name_id_map)
{
std::cout << "name:" << pair.first.name() << "t id:" << pair.second << "n";
std::cout << "###############n";
}
std::cout << "---------------end loop---------n";
}
//output:
/*
---------------begin loop---------
name:scene_0 id:0
###############
name:scene_1 id:1
###############
name:scene_2 id:2
###############
name:scene_3 id:3
###############
name:scene_4 id:4
###############
---------------end loop---------
*/经过如上两种方式的验证证明，遍历时如果key值为const时不存在临时对象的构造和析构，可以有效减少对象的构造函数和析构函数的执行，提高程序的运行效率。
提高
自动类型推导
C 新特性支持了对于自动类型推导，结合在map的遍历中，是大有裨益的，不仅更加简洁，而且可以借助const加引用的形式，实现最初的设计思想——减少临时对象的构造和析构。
代码语言：javascript复制void using_obj_name_map()
{
std::map<ObjName, int> name_id_map;
for (size_t i = 0; i < obj_num; i )
{
name_id_map.emplace("scene_" std::to_string(i), i);
}
std::cout << "---------------begin loop---------n";
for (const auto& pair : name_id_map)//IMPORTTANT
{
std::cout << "name:" << pair.first.name() << "t id:" << pair.second << "n";
std::cout << "###############n";
}
std::cout << "---------------end loop---------n";
}
//output：
/*
---------------begin loop---------
name:scene_0 id:0
###############
name:scene_1 id:1
###############
name:scene_2 id:2
###############
name:scene_3 id:3
###############
name:scene_4 id:4
###############
---------------end loop---------
*/类型推导 结构化绑定
map本身是key-value形式，在遍历过程中，涉及到key和value的打印，所以可以结合结构化绑定，方便key和value的使用，示例代码如下：
代码语言：javascript复制void using_obj_name_map2()
{
std::map<ObjName, int> name_id_map;
for (size_t i = 0; i < obj_num; i )
{
name_id_map.emplace("scene_" std::to_string(i), i);
}
std::cout << "---------------begin enum map 3 const auto&---------n";
for (const auto& [obj_name, id] : name_id_map)
{
std::cout << "name:" << obj_name.name() << "t id:" << id << "n";
std::cout << "###############n";
}
std::cout << "---------------end enum map 3 const auto& ---------n";
std::cout << "---------------begin enum map 4 auto&---------n";
for (auto& [obj_name, id] : name_id_map)
{
std::cout << "name:" << obj_name.name() << "t id:" << id << "n";
std::cout << "###############n";
}
std::cout << "---------------end enum map 4 auto&---------n";
}
/*
output:
---------------begin enum map 3 const auto&---------
name:scene_0 id:0
###############
name:scene_1 id:1
###############
name:scene_2 id:2
###############
name:scene_3 id:3
###############
name:scene_4 id:4
###############
---------------end enum map 3 const auto& ---------
---------------begin enum map 4 auto&---------
name:scene_0 id:0
###############
name:scene_1 id:1
###############
name:scene_2 id:2
###############
name:scene_3 id:3
###############
name:scene_4 id:4
###############
---------------end enum map 4 auto&---------
*/结合如上输出，可以确认，无论是auto&和const auto&均不存在临时变量的构造和析构。
总结
本文是基于map的源码才发现实际使用中存在的问题，其中的关键点已多次强调——map的key值是const类型的，所以在使用过程中或者强制指定key为const类型或者使用auto&进行自动类型推导，并且提到了结构化绑定，提高map遍历的便捷性。但其中最重要的当属如上分析原因，验证，提出解决问题思路，再次验证的过程也是蛮重要的。
