[C++面试] span＜char＞和string_view的差别

1、概念

• std::string_view是领域特定设计（字符串）。C++17引入，仅用于处理以空字符（\0）结尾的字符序列；仅支持字符类型（如 char、wchar_t、std::string），用于高效访问字符串数据，不复制数据、只读。
• std::span<char>通用抽象（连续内存），强调类型安全和泛用性。C++20引入，是通用连续内存序列的视图。span支持任意类型（如 int、自定义类型），可引用数组、容器或原始内存块，支持读写操作（若模板参数非 const）

// string_view示例：只读访问字符串
std::string s = "hello";
std::string_view sv(s);  // 直接引用，无需复制

// span示例：读写访问字符数组
char buffer[10];
std::span<char> sp(buffer);
sp[0] = 'A';  // 可修改数据

​2、string_view

• string_view 仅限字符类型，隐式假设数据为字符串（如自动处理空终止符）
• string_view 提供字符串专用方法，如 substr（截取子串）、find（查找字符 / 子串）、starts_with（判断是否以某子串开头）等，完全围绕字符串语义设计，适合字符串处理
• string_view 存储指针和字符数，可能包含空终止符标记
• string_view 可能因隐式空终止符导致边界检查开销
• string_view 因隐式绑定字符类型，可能因误用非字符串数据（如二进制数据）导致未定义行为

// string_view的字符串操作
std::string_view sv = "hello world";
auto pos = sv.find("world");  // 字符串查找

// span的泛型操作
std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
std::span<int> sp(vec);
std::sort(sp.begin(), sp.end());  // 支持泛型算法

​3、span

• span 无类型限制，需显式指定数据类型，支持泛型编程（如处理二进制缓冲区）
• span 提供通用序列操作（随机访问、迭代器遍历），还有 size()（获取元素个数）、data()（获取数据指针）、first(n)/last(n)（取前 / 后 n 个元素），无字符串语义
• span 存储指针和元素数量（如 char 数组的元素数等于字节数），类型系统保证安全
• span 完全依赖显式长度，无额外检查，适合高性能场景（如二进制流处理）
• span 强制显式类型声明，避免隐式转换错误（如误将 int 数组视为 char 数组）

int numbers[] = {1, 2, 3};
std::span<char> sp(numbers);  // 编译错误！类型不匹配
std::span<int> sp(numbers);    // 正确

• span 支持动态长度（span<T>）和静态长度（span<T, N>），静态长度在编译时可优化边界检查

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
std::span<int, 5> fixedSpan(arr);  // 编译时已知长度

 span 提供 subspan()、first()、last() 等方法，支持灵活截取子视图

int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
std::span<int> sp(arr);
auto sub = sp.subspan(1, 3);  // 截取第1到第3个元素

// string_view潜在风险：未正确处理非空终止数据
char data[] = {'a', 'b', 'c'};  // 无空终止符
std::string_view sv(data, 3);    // 需显式指定长度

// span的类型安全：避免隐式转换
int numbers[] = {1, 2, 3};
std::span<int> sp(numbers);  // 明确类型，无歧义

4、string_view的生命周期风险

4.1  string_view的生命周期风险

string_view 不管理底层数据的生命周期，若原始字符串被释放，string_view 会成为悬空引用，导致未定义行为

std::string_view createView() {
    std::string tmp = "only_in_this_func";
    return tmp;  // tmp 被销毁后，返回的 string_view 无效！
}

4.2  string_view 对非空终止符的隐式处理

string_view 从 const char* 构造时，默认假设字符串以 \0 结尾，但若数据未包含 \0，可能导致越界访问

char data[] = {'a', 'b', 'c'};  // 无空终止符
std::string_view sv(data);       // 错误！隐式假设以 \0 结尾

// 需显式指定长度（如std::string_view(data, size)），否则易因空终止符误判边界。

5、补充

在C++核心指南（C++ Core Guidelines）中，为何推荐优先使用string_view或span而非原始指针？ 

• ​安全性：两者封装了指针和长度，避免越界访问（如 span 的 size() 检查）
• ​语义明确：string_view 表示字符串只读视图，span 表示连续内存，代码意图更清晰
• ​兼容性：支持多种数据源（如数组、容器、内存池），减少代码重复

// 推荐用法：使用string_view替代const char*
void read_data(std::string_view data);  

// 推荐用法：使用span替代指针+长度
void process_buffer(std::span<char> buffer);