C++17 使用 std::string_view避免字符串拷贝优化程序性能

C++中std::string是日常Coding中经常使用的一个类，使用起来非常方便，但是也存在一些弊端。

如下代码，参数传递的过程发生了内存分配(Memory Allocation)和内存拷贝。

				?

									void fun(const std::string& s) {

									  std::cout << s << std::endl;

									}

									const char* ch = "hello world";

									// bad way, expensive if the string is long

									fun(ch);

再看下面的常用的字符串截取实现:

				?

									// very long string

									std::string str = "lllloooonnnngggg sssstttrrriiinnnggg"; 

									// bad way, expensive if the string is long

									std::cout << str.substr(15, 10) << '\n';

为了进一步的压榨程序的性能，需要移除掉这些昂贵的字符串内存分配和拷贝操作。C++17中提供了std::string_view可以帮助我们实现这一功能，该类并不持有字符串的拷贝，而是与源字符串共享其内存空间。

string_view构造函数

				?

									constexpr basic_string_view() noexcept; (since C++17)

									constexpr basic_string_view(const basic_string_view& other) noexcept = default; (since C++17)

									constexpr basic_string_view(const CharT* s, size_type count)；(since C++17)

									constexpr basic_string_view(const CharT* s); (since C++17)

									template<class It, class End>

虽然没有定义参数为std::string的std::string_view函数，下面的代码仍然可以通过编译。

				?

									std::string str("hello string view!");

									std::string_view sview(str);

因为std::string类重载了std::string到std::string_view的转换操作符。

				?

									operator basic_string_view<charT, traits>() const noexcept;

std::string_view避免内存拷贝

有了string_view，我们就可以很好的解决文章开头提到的问题。

				?

									void fun(const std::string_view& s) {

									  std::cout << s << std::endl;

									}

									const char* ch = "hello world, char";

									fun(ch); 

									const std::string str = "hello world, string";

									fun(str);

									fun({ch, 5});

有了std::string_view，函数参数不管是字符串数组指针，还是std::string，都不需要拷贝内存源字符串。

				?

									// very long string

									std::string str = "lllloooonnnngggg sssstttrrriiinnnggg";

									//Good way - No copies are created!

									std::string_view view = str;

									// string_view::substr returns a new string_view

									std::cout << view.substr(15, 10) << '\n';

同理，字符串的substr()函数也不需要再进行拷贝了，这对于非常长的字符串，可以有效的提升程序的性能表现。

std::string_view注意事项

由于std::string_view并不持有字符串的内存，所以它的生命周期一定要比源字符串的生命周期长。一些典型的生命周期管理错误的例子：

				?

									std::string_view sv = std::string("hello world");

									std::string_view fun() {

									 std::string str("hello world");

									 return std::string_view(str);

									}

std::string_view的结尾并没有\0结束符，所以在输出std::string_view的时候要注意边界，如下代码：

				?

									#include <iostream>

									#include <vector>

									#include <string>

									#include <string_view>

									int main() {

									  const char* ch = "hello world";

									  std::string_view sv(ch, 2);

									  std::cout << sv << std::endl;

									  std::cout << sv.data() << std::endl;

									  return 0;

									}

程序输出：

				?

									he

									hello world

std::cout << sv.data() << std::endl; 这行代码输出了hello world，这是因为sv仍然指向源字符串内存，调用sv.data()打印时，仍然沿用了C++对于字符串的约定，直到遇到结束符\0时，打印才结束，这时候就输出了完整的源字符串内容。当然这里明显是不符合预期的，尤其是std::string_view指向的字符串没有\0结束符的时候，程序很容易出现潜在的内存问题。所以此处一定要小心。

参考材料

https://riptutorial.com/cplusplus/example/6571/using-the-std–string-view-class

https://en.cppreference.com/w/cpp/string/basic_string_view

https://segmentfault.com/a/1190000018387368

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C++17 使用 std::string_view避免字符串拷贝优化程序性能

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