为什么 vector::operator[] 的实现不类似于 map::operator[]？答案

【问题标题】：Why isn't vector::operator[] implemented similar to map::operator[]?为什么 vector::operator[] 的实现不类似于 map::operator[]？
【发布时间】：2016-08-30 16:24:07
【问题描述】：

std::vector 的operator[] 是否有任何理由只返回引用而不是插入新元素？ vector::operator 的 cppreference.com 页面显示 here

与std::map::operator[] 不同，此运算符从不向容器中插入新元素。

当页面为map::operator[]says

“返回对映射到与 key 等效的键的值的引用，如果这样的键不存在，则执行插入。”

为什么vector::operator[] 不能像map::operator[] 调用insert(std::make_pair(key, T())).first->second; 那样通过调用vector::push_back 或vector::insert 来实现？

【问题讨论】：

std::map::operator[] 的实际实现方式已经引起了足够多的混乱。 UB 适合std::vector 越界访问。
想象一下，如果我们写 some_vector[1000] 而 some_vector 的大小为 10 会发生什么。好吧，我只是不知道中间有 990 个条目会发生什么。
@NickyC：但是地图也有同样的问题！
@KerrekSB，怎么会这样？地图中没有要初始化的中间条目。
我认为问题的区别在于，为什么std::map::operator[]() 插入一个元素，即使只是访问一个不存在的键？

标签： c++ dictionary vector stl

【解决方案1】：

很简单：因为它没有意义。你期待什么

std::vector<int> a = {1, 2, 3};
a[10] = 4;

做什么？即使您指定了索引 10，也要创建第四个元素？创建元素 3 到 10 并返回对最后一个的引用？两者都不是特别直观。

如果你真的想用operator[]而不是push_back来填充向量，你可以在设置之前调用向量上的resize来创建元素。

编辑：或者，如果您真的想要一个关联容器，其中除了排序之外索引很重要，std::map<int, YourData> 实际上可能更有意义。

【讨论】：

可能值得强调关键点：对于map，操作员最多在给定键处插入一个元素。对于vector，您还必须在其他索引处插入 other 元素。
+1。还值得一提的是，C++ 比许多语言（例如 Java）更多地考虑性能问题。这就是vector::operator[] 不执行边界检查的原因；如果您觉得需要它们，您可以手动选择加入它们，但 C++ 不希望在这里有任何开销。即使在向量中插入不存在的元素是有意义的，它也会直接与性能目标相矛盾。与希望进行边界检查一样，如果您希望为您插入元素，您可以自己在向量之上构建一个更高级别的类并选择加入。
@GManNickG 所以基本上，如果我想插入不存在的元素，那么我不得不使用地图，因为向量是一个序列容器？
@1337ninja：不。就像我写的那样，您可以使用resize 和push_back 代替std::vector。这真的取决于你的用例，你还没有很好地解释它。

【解决方案2】：

地图和矢量是完全不同的概念。地图是“关联容器”，而矢量是“序列容器”。描述差异超出了此答案的范围，尽管在最肤浅的层面上，映射通常实现为红黑树，而向量是 C 样式数组的卷积包装（元素连续存储在记忆）。

如果你想检查一个元素是否已经存在，你需要调整整个容器的大小。但是，如果您决定删除该元素会发生什么？您如何处理刚刚创建的条目？有地图：

std::map<int, int> m; 
m[1] = 1; 
m.erase(m.begin());

这是一个恒定的操作。

带有向量：

std::vector<int> v;
// ... initialize some values between 25 and 100
v[100] = 1;
v.erase(v.begin() + 25, v.end());

这是一个线性运算。这对于地图来说是非常低效的（相对而言）。虽然这是一个人为的例子，但不难想象这在其他情况下会如何爆发。至少，大多数人会竭尽全力避免operator[]，这本身就是一种成本（维护和代码复杂性）。

【讨论】：

+1 因为您提到了向量和指针基于两个独立的数据结构这一事实。向量是非常花哨的数组，而映射是基于指针的。如果您需要使用迭代器进行搜索，地图非常有用。如果你知道数组中需要什么元素，Vectors 就很棒。

【解决方案3】：

std::vector 的 operator[] 是否有任何理由只返回一个引用而不是插入一个新元素？

std::vector::operator[] 以类似数组的方式实现，因为std::vector 是一个序列容器（即类似数组）。整数类型的标准数组不能越界访问。同样，也不允许使用超出向量长度的索引访问std::vector::operator[]。所以，是的，它没有像你问的那样实现的原因是因为在其他情况下，C++ 中的数组不会像那样行事。

std::map::operator[] 不是序列容器。它的语法使其类似于其他语言中的关联数组。就 C++（及其前身 C）而言，map::operator[] 只是语法糖。它是operator[] 家族的“害群之马”，不是std::vector::operator[]。

C++ 规范中有趣的部分是使用不存在的键访问映射，使用std::map::operator[]，向映射添加一个元素。因此，

#include <iostream>
#include <map>
int main(void) {
   std::map<char, int> m;
   m['a'] = 1;
   std::cout << "m['a'] == " << m['a'] << ", m.size() == " << m.size() << std::endl;
   std::cout << "m['b'] == " << m['b'] << ", m.size() == " << m.size() << std::endl;
}

结果：

m['a'] == 1, m.size() == 1
m['b'] == 0, m.size() == 2

另见：Difference between map[] and map.at in C++?：

[map::at] 如果键不存在则抛出异常，find 如果元素不存在则返回aMap.end()，operator[] value-initializes 一个新的如果相应键不存在值，则为相应键的值。

【讨论】：