Google C++每周贴士 #3: 字符串拼接，operator+对比StrCat()

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本文探讨了C++中std::string的operator+与absl::StrCat在字符串拼接效率上的差异，尤其是在多次拼接时。通过分析foo+bar+baz的底层实现，揭示了多次调用string::operator+导致的性能瓶颈。文章推荐使用absl::StrCat和absl::StrAppend进行优化，以避免不必要的内存分配和复制。

(原文链接：https://abseil.io/tips/3 译者：clangpp@gmail.com)

每周贴士 #3: 字符串拼接，`operator+`对比`StrCat()`

最初发布于2012-05-11
更新于2017-09-18
校订于2018-01-22

当审查代码的的人对程序员说“别用字符串拼接操作符，太低效了”，程序员常常会一脸吃惊：std::string::operator+怎么会低效呢？难道这不是很难出错的方式吗？

事实证明，这种低效没有那么简单明了。在实践中，下面两段代码执行时间相差不多：

std::string foo = LongString1();
std::string bar = LongString2();
std::string foobar = foo + bar;

std::string foo = LongString1();
std::string bar = LongString2();
std::string foobar = absl::StrCat(foo, bar);

然而，同样的结论却不适用于以下两段代码：

std::string foo = LongString1();
std::string bar = LongString2();
std::string baz = LongString3();
string foobar = foo + bar + baz;

std::string foo = LongString1();
std::string bar = LongString2();
std::string baz = LongString3();
std::string foobar = absl::StrCat(foo, bar, baz);

为什么这两个例子中的执行时间比较会有不同？我们可以通过拆解表达式foo + bar + baz得到答案。C++中没有“三个参数”的操作符重载，因此这个表达式必须调用两次string::operator+。在这两次调用过程中，会有一个临时字符串被构造（和存储）。所以std::string foobar = foo + bar + baz等价于：

std::string temp = foo + bar;
std::string foobar = std::move(temp) + baz;

请注意，在foobar被赋值以前，foo和bar存储的内容必须被复制到一个临时区域中。（更多关于std::move的内容，请参阅Tip of the Week #77: Temporaries, moves, and copies.）

C++11至少允许第二个拼接不需要创建一个新的string对象：std::move(temp) + baz等价于std::move(temp.append(baz))。但是，那个临时字符串（temp，译者注）最初申请的空间可能不足以存下最终的字符串内容，这种情况下会重新申请一次内存(reallocation)（以及复制一次）。因此，在最坏情况下，n次字符串拼接需要重新申请O(n)次内存。

这时最好改用absl::StrCat()，一个不错的辅助函数（定义在absl/strings/str_cat.h中）。它会计算必要的字符串长度，按此预留空间，然后将所有输入数据放进输出的空间中（优化过的O(n)时间复杂度）。类似地，对于如下情况：

foobar += foo + bar + baz;

可以使用absl::StrAppend()（实现了类似优化）：

absl::StrAppend(&foobar, foo, bar, baz);

另外，absl::StrCat()和absl::StrAppend()还接收非字符串类型：你可以用absl::StrCat/absl::StrAppend转换int32_t，uint32_t，int64_t，uint64_t，float，double，const char*和string_view（转换为string，译者注），例如：

std::string foo = absl::StrCat("The year is ", year);