Как объединить два вектора в C++

Самый простой способ объединения двух std::vectors в C++ - использование метода insert(), который позволяет добавлять элементы из второго вектора в конец первого. Другой эффективный подход - использование std::move с std::back_inserter для переноса элементов без ненужного копирования, либо можно использовать конструктор копирования в сочетании с insert для большего контроля над процессом объединения.

Содержание

• Базовые методы объединения векторов
• Продвинутые техники с семантикой перемещения
• Рассмотрения производительности и бенчмарки
• Лучшие практики и рекомендации

Базовые методы объединения векторов

Метод insert() является наиболее распространенным подходом для объединения векторов в C++. Этот метод позволяет эффективно добавлять все элементы одного вектора в конец другого.

Использование метода вставки вектора

Простейшее решение - использовать метод vector insert() для добавления элементов второго вектора в конец первого:

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> v1 = {1, 4, 7};
    std::vector<int> v2 = {6, 5, 3};
    
    // Вставляем все элементы из v2 в конец v1
    v1.insert(v1.end(), v2.begin(), v2.end());
    
    // Результат: v1 содержит {1, 4, 7, 6, 5, 3}
    return 0;
}

Этот подход очень эффективен, так как он может выделить память за одну операцию при необходимости, а не добавлять элементы по одному.

Конструктор копирования с вставкой

Для сценариев, когда необходимо сохранить исходные векторы и создать новый объединенный вектор:

std::vector<int> v1 = {1, 2, 3};
std::vector<int> v2 = {4, 5, 6};

// Создаем новый вектор с копией v1
std::vector<int> concatenated(v1.begin(), v1.end());

// Вставляем элементы v2
concatenated.insert(concatenated.end(), v2.begin(), v2.end());

Этот метод полезен, когда нужно сохранить целостность исходных векторов при работе с объединенным результатом.

Подход на основе циклов

Для более сложных сценариев объединения, требующих пользовательской логики:

std::vector<int> v1 = {1, 2, 3};
std::vector<int> v2 = {4, 5, 6};

for (int num : v2) {
    v1.push_back(num);
}

Этот подход обеспечивает максимальную гибкость, так как позволяет применять преобразования или фильтры в процессе объединения.

Продвинутые техники с семантикой перемещения

Современный C++ предоставляет несколько продвинутых техник для более эффективного объединения векторов, особенно при работе с объектами, дорогостоящими при копировании.

Использование std::move с std::back_inserter

Этот метод особенно эффективен для типов, поддерживающих перемещение:

#include <algorithm>
#include <vector>

std::vector<int> one = {145, 342, 213};
std::vector<int> two = {674, 385};

// Перемещаем элементы из two в one
std::move(two.begin(), two.end(), std::back_inserter(one));

Согласно исследованиям, “функция std::move и в аргументах мы передали функции begin и end второго вектора вместе с std::back_inserter(one), что помогает выделить пространство для новых элементов в векторе.”

Использование std::make_move_iterator

Этот метод был введен в C++11 и особенно полезен для объединения векторов std::unique_ptr или других типов, поддерживающих только перемещение:

std::vector<std::unique_ptr<int>> v1, v2;
// ... заполняем векторы

std::vector<std::unique_ptr<int>> result;
result.reserve(v1.size() + v2.size());

std::move(v1.begin(), v1.end(), std::back_inserter(result));
std::move(v2.begin(), v2.end(), std::back_inserter(result));

Как упоминалось в исследованиях, “метод std::make_move_iterator() помог мне при попытке объединения std::vectors из std::unique_ptr.”

Использование std::copy с back_inserter

Этот подход обеспечивает чистый функциональный стиль:

std::vector<int> v1 = {1, 2, 3};
std::vector<int> v2 = {4, 5, 6};

// Выделяем место для эффективности
v1.reserve(v1.size() + v2.size());

// Копируем элементы из v2 в v1
std::copy(v2.begin(), v2.end(), std::back_inserter(v1));

Рассмотрения производительности и бенчмарки

Анализ производительности различных методов

Исследования показывают, что производительность может значительно различаться между методами в зависимости от конкретного случая использования и реализации компилятора:

• Вставка диапазона с предварительным выделением обычно является наиболее эффективной, потому что “целевой вектор может быть выделен до копирования данных в него, что делает этот метод более эффективным” источник

• Использование insert() с boost::transform_iterator было признано “самым быстрым способом, который я нашел, с большим отрывом” в некоторых бенчмарках источник

• Простые push_back в цикле могут быть неэффективными для больших векторов из-за повторных перераспределений памяти

Стратегии выделения памяти

Производительность сильно зависит от паттернов выделения памяти:

// Неэффективно - множественные перераспределения
for (int num : v2) {
    v1.push_back(num);
}

// Эффективно - одно выделение
v1.insert(v1.end(), v2.begin(), v2.end());

// Наиболее эффективно - предварительное резервирование, затем вставка
v1.reserve(v1.size() + v2.size());
v1.insert(v1.end(), v2.begin(), v2.end());

Бенчмарки и результаты реального применения

Согласно результатам исследований:

• “Использование std::vector::insert вместе с boost::transform_iterator было самым быстрым способом, который я нашел, с большим отрывом”
• “Разница в производительности обусловлена вызовами reserve(), которые, по крайней мере в libstdc++, делают емкость точно такой, как вы запросили, вместо использования экспоненциального фактора роста”
• “Если вы измените func2 на std::copy(vec.begin(), vec.begin() + M, std::back_inserter(dst)) и сначала вызовете dst.reserve(M), вы получите производительность, более близкую к методам 3 и 4”

Лучшие практики и рекомендации

Руководство по выбору метода

Вот краткая справка для выбора правильного метода объединения:

Распространенные ошибки, которых следует избегать

1. Не резервировать память заранее для больших векторов может привести к плохой производительности из-за повторных перераспределений

2. Использовать push_back в циклах для объединения обычно менее эффективно, чем insert() для больших наборов данных

3. Игнорировать семантику перемещения при работе с объектами, дорогостоящими при копировании

Функция пользовательского объединения

Для повторяющихся операций объединения рассмотрите возможность создания повторно используемой функции:

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

template<typename T>
void concat(std::vector<T>& a, const std::vector<T>& b) {
    a.insert(a.end(), b.begin(), b.end());
}

Это обеспечивает чистый, повторно используемый интерфейс для операций объединения векторов во всем вашем коде.

Заключение

Объединение двух std::vectors в C++ предлагает несколько подходов с разными характеристиками производительности и случаями использования. Метод insert() остается самым простым и в целом эффективным решением для большинства сценариев, особенно в сочетании с правильным резервированием памяти с помощью reserve(). Для типов, поддерживающих только перемещение, или критичных к производительности приложений, std::make_move_iterator и std::move с std::back_inserter предоставляют отличные альтернативы. Всегда учитывайте конкретные требования вашего приложения, включая тип элемента, размеры векторов и ограничения производительности, при выборе наиболее подходящего метода объединения. Для сложных сценариев объединения, требующих преобразований или пользовательской логики, подходы на основе циклов обеспечивают необходимую гибкость за счет потенциальных компромиссов в производительности.

Источники

1. C++ Concatenate Vectors: A Step-by-Step Guide
2. How to Concatenate Two Vectors in C++? - GeeksforGeeks
3. Concatenating Vectors in C++: How To Guide | Medium
4. C++ Tutorial => Concatenating Vectors
5. Concatenate two vectors in C++ | Techie Delight
6. How to concatenate multiple vectors in C++ - CodeSpeedy
7. Merge two Vectors in C++ - Java2Blog
8. Different ways to append two vector in C++ STL
9. C++ vector insert performance
10. What is the optimal way to concatenate two vectors whilst transforming elements of one vector? - Stack Overflow