【c++】std::string、std::string_view 与 C-style 字符串，以及优先使用string_view

C++ 字符串类型解析： std::string、std::string_view 与 C-style 字符串的关系

1. C-style 字符串 (const char*)：传统的字符数组，通过 \0 结尾来表示字符串。
2. std::string：C++ 标准库提供的字符串类，封装了字符数组并提供丰富的字符串操作。
3. std::string_view：C++17 引入的字符串视图，轻量级，不拥有数据，只是对现有字符串数据的引用。

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1. C-style 字符串 (const char*)

C-style 字符串是最基础的字符串表示方式，通常通过 const char* 来表示。
例如：

const char* c_str = "Hello, World!";

C-style 字符串的特点是它没有内建的内存管理和丰富的操作方法，通常需要手动管理内存。
适用于与 C 语言兼容的函数，或者在性能要求非常高的场合。

2. std::string — C++ 标准库字符串

std::string 是 C++ 中常用的字符串类型，它封装了 C-style 字符串，提供了丰富的操作方法。
例如：

std::string str = "Hello, World!";
str += " Welcome to C++!";
std::cout << str.size();  // 输出字符串长度

std::string 自动管理内存，提供了方便的字符串操作方法，如拼接、查找、替换等。
它的缺点是可能带来一定的性能开销，特别是在频繁的内存分配和复制的场合。

3. std::string_view — 字符串视图

std::string_view 是 C++17 引入的轻量级字符串视图，它只是对现有字符串数据的引用，不拥有数据。
例如：

std::string_view view = "Hello, World!";

std::string_view 适用于需要性能优化，避免不必要的内存拷贝的场合。它非常轻量，但需要确保它所引用的数据在视图使用期间有效。

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三者之间的转换关系

1. 从 const char* 转换为 std::string：
   你可以直接使用 std::string 的构造函数或赋值操作来完成。

const char* c_str = "Hello, World!";
std::string str(c_str);

或者：

std::string str = c_str;

std::string 会复制 const char* 指向的数据，因此它会拥有该数据的副本。

2. 从 std::string 转换为 std::string_view：
   std::string_view 不拥有数据，而是引用已有数据。你可以通过构造函数将 std::string 转换为 std::string_view。

std::string str = "Hello, World!";
std::string_view view(str);

注意，std::string_view 引用的数据需要在 std::string_view 使用期间有效。

3. 从 std::string_view 转换为 std::string：
   如果你需要一个拥有数据的 std::string，可以将 std::string_view 转换为 std::string。

std::string_view view = "Hello, World!";
std::string str(view);

4. 从 const char* 转换为 std::string_view：
   可以直接通过 std::string_view 的构造函数将 const char* 转换为视图。

const char* c_str = "Hello, World!";
std::string_view view(c_str);

5. 从 std::string_view 转换为 const char*：
   你可以通过 std::string_view 的 data() 方法获取原始的 C-style 字符串指针。

std::string_view view = "Hello, World!";
const char* c_str = view.data();

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总结

在 C++ 中，选择正确的字符串类型和合理的转换方式，不仅能提升程序的性能，也能减少内存管理的复杂性。理解这三者之间的关系是高效编写 C++ 代码的基础。

1. std::string 适用于需要对字符串进行修改和动态内存管理时。
2. std::string_view 适用于避免不必要的字符串拷贝，提升性能的场合。
3. const char* 用于与 C 语言兼容，或在性能要求极高的情况下使用。

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C++ 中优先使用 std::string_view（按值传递）而不是 const std::string&

1. 使用 const std::string&（会发生拷贝）：
   当我们使用 const std::string& 作为函数参数时，传递给函数的字符串会进行拷贝，尤其在传递临时字符串字面量时。

• 对于非临时对象（如 std::string large_str = “Hello”;）：const std::string& 会避免拷贝，只是传递该对象的引用，因此没有发生拷贝。

• 对于临时对象（如字符串字面量 “Hello”）：编译器会将临时字符串字面量转换为一个 std::string 对象，然后传递其引用。这时，虽然是传引用，但由于 std::string 对象本身是临时创建的，仍然需要将临时对象创建并传递。因此，临时对象的创建本身涉及到一次拷贝。因为字面量本身不是 std::string 对象，而是一个字符数组。
  示例代码：

#include <iostream>
#include <string>

void print_string(const std::string& str) {
    std::cout << "String: " << str << std::endl;
}

int main() {
    std::string large_str = "Hello, this is a large string that will be passed to a function!";

    // 使用 const std::string& 参数传递
    print_string(large_str); 
    print_string("Temporary string literal"); // 这里也会发生拷贝

    return 0;
}

2. 使用 std::string_view（避免拷贝）：
   使用 std::string_view 可以避免不必要的内存拷贝，std::string_view 不会拷贝数据，它只会引用现有的字符串数据。
   示例代码：

#include <iostream>
#include <string_view>  // 需要包含 string_view 头文件

void print_string(std::string_view str_view) {
    std::cout << "String: " << str_view << std::endl;
}

int main() {
    std::string large_str = "Hello, this is a large string that will be passed to a function!";

    // 使用 std::string_view 参数传递
    print_string(large_str); // 这里没有拷贝，仅仅引用 large_str 的数据
    print_string("Temporary string literal"); // 这里没有拷贝，直接引用字面量数据

    return 0;
}

性能差异：

• 使用 std::string_view 避免了不必要的内存拷贝，尤其是在传递临时字符串字面量时。
• 相比之下，const std::string& 在传入字符串字面量时，会导致 std::string 对象的拷贝。
• 对于大字符串，std::string_view 可以显著提高性能。

何时不使用 std::string_view：

• 当你需要修改字符串内容时，std::string_view 不能修改数据。
• 需要保证 std::string_view 引用的字符串在视图生命周期内有效，避免悬空引用。

总结：
使用 std::string_view 可以提升性能，避免内存拷贝，特别是传递临时字符串字面量和大型字符串时。
但要注意它的生命周期管理问题，在合适的场景下选择使用它。

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使用string_view产生悬垂引用案例

#include <iostream>
#include <string>
#include <string_view>

std::string_view askForName()
{
    std::cout << "What's your name?\n";

    // 使用 std::string
    std::string name{};
    std::cin >> name;
    
    std::string_view view{name};

    std::cout << "Hello " << view << '\n';

    // 返回 view 时，name 会销毁，导致悬垂引用
    return view;
}

int main()
{
    // `askForName` 返回一个悬垂引用
    std::string_view view{askForName()};

    // `view` 现在指向已经销毁的 `name` 字符串
    // 访问它会导致未定义行为
    std::cout << "Your name is " << view << '\n'; // 未定义行为：悬垂引用

    return 0;
}

• askForName() 函数：
• askForName 函数内部创建了一个局部变量 name，它存储用户输入的名字。
• 然后，name 被转换成 std::string_view 类型的 view，并返回。
• 然而，当 askForName 函数返回时，name 变量会离开作用域并销毁。
• 此时，view 仍然持有对 name 字符串数据的引用。产生悬垂引用