不得不留意的STL string重载函数和隐式类型转换

在360云引擎技术博客的“深入剖析linux GCC 4.4的STL string”这篇blog的指导下，看了一些STL string的实现代码，并针对我们平时对string的一些常规用法做了一些测试。这里做一下总结，希望能帮助大家更好的理解理解STL string，更高效的使用STL string。

由于本文涉及到性能对比，接下来会有一些测试程序，所以首先看一下我们的测试环境：

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$ uname -sr Linux 2.6.32-220.23.1.tb750.el5.x86_64 $ gcc --version gcc (GCC) 4.1.2 20080704 (Red Hat 4.1.2-51)

构造函数 std::string::string

函数声明

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string ( ); string ( const string& str ); string ( const string& str, size_t pos, size_t n = npos ); string ( const char * s, size_t n ); string ( const char * s ); string ( size_t n, char c ); template < class InputIterator> string (InputIterator begin, InputIterator end);

我们对这些构造函数分别做下测试

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/* FILE: string_construct.cpp */   #include <stdio.h> #include <string> #include <sys/time.h>   int64_t getCurrentTime() {      struct timeval tval;      gettimeofday(&tval, NULL);      return (tval.tv_sec * 1000000LL + tval.tv_usec); }   int main( int argc, char *argv[]) {      const int loop = 10000;        std::string source;      source.resize(10240, '1' );        int64_t start = 0;      int64_t end = 0;        start = getCurrentTime();      for ( int i = 0; i < loop; ++i)      {          std::string str(source);      }      end = getCurrentTime();      printf ( "call %-35s %d times: %ld us\n" ,             "string(const string &)" , loop, (end - start));        start = getCurrentTime();      for ( int i = 0; i < loop; ++i)      {          std::string str(source, 0);      }      end = getCurrentTime();      printf ( "call %-35s %d times: %ld us\n" ,             "string(const string &, size_t)" , loop, (end - start));        start = getCurrentTime();      for ( int i = 0; i < loop; ++i)      {          std::string str(source.c_str());      }      end = getCurrentTime();      printf ( "call %-35s %d times: %ld us\n" ,             "string(const char *)" , loop, (end - start));        start = getCurrentTime();      for ( int i = 0; i < loop; ++i)      {          std::string str(source.c_str(), source.size());      }      end = getCurrentTime();      printf ( "call %-35s %d times: %ld us\n" ,             "string(const char *, size_t)" , loop, (end - start));        start = getCurrentTime();      for ( int i = 0; i < loop; ++i)      {          std::string str(source.size(), source.at(0));      }      end = getCurrentTime();      printf ( "call %-35s %d times: %ld us\n" ,             "string(size_t, char)" , loop, (end - start));        start = getCurrentTime();      for ( int i = 0; i < loop; ++i)      {          std::string str(source.begin(), source.end());      }      end = getCurrentTime();      printf ( "call %-35s %d times: %ld us\n" ,             "string(Iterator, Iterator)" , loop, (end - start));        return 0; }

在运行这段测试代码前，你可以尝试分析一下这几个函数调用，哪个耗时最长，哪个耗时最短呢？
……

再来看看编译运行的结果：

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$ g++ -Wall -O2 -o string_construct string_construct.cpp $ . /string_construct call string(const string &)              10000 times : 528 us call string(const string &, size_t)      10000 times : 9064 us call string(const char *)                10000 times : 30021 us call string(const char *, size_t)        10000 times : 9092 us call string(size_t, char)                10000 times : 5719 us call string(Iterator, Iterator)          10000 times : 8996 us

这里输出的结果跟你的预期一样么？我想只要仔细想想，应该都能预料到这个结果：

• string(const string &)

毫无疑问它是最快的，因为string的COW(copy-on-write)特性。至于COW就不在本文讨论范围了，感兴趣的朋友可以参考《深入剖析 linux GCC 4.4 的 STL string》

• string(const string &, size_t)
• string(const char *, size_t)
• string(size_t, char)
• string(Iterator, Iterator)

这几个差别不大，都需要分配一块内存，然后将source里的内容拷贝过去

• string(const char *)

它耗时非常大，这个我想应该会出乎部分人的意料：平时咱们很多时候就是这么用的啊？！它跟string(const char *, size_t)只是差了一个参数而已！但是要注意，这个参数是前面的字符串的长度！如果没有这个长度，那就不能确定需要分配的内存的大小，只能先计算一遍长度。可以通过stl的源码(/usr/include/c++/4.1.2/bits/basic_string.tcc)来确认下，这里摘取相关部分如下：

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template < typename _CharT, typename _Traits, typename _Alloc>    basic_string<_CharT, _Traits, _Alloc>::    basic_string( const _CharT* __s, size_type __n, const _Alloc& __a)    : _M_dataplus(_S_construct(__s, __s + __n, __a), __a)    { }   template < typename _CharT, typename _Traits, typename _Alloc>    basic_string<_CharT, _Traits, _Alloc>::    basic_string( const _CharT* __s, const _Alloc& __a)    : _M_dataplus(_S_construct(__s, __s ? __s + traits_type::length(__s) :                   __s + npos, __a), __a)    { }

通过这两个函数的实现代码可以看出，唯一的差别就在于 traits_type::length(__s)。traits_type::length的实现在/usr/include/c++/4.1.2/bits/char_traits.h，说简单一点就是于对string，直接调用strlen，对于wstring，则调用wcslen，这里就不详细介绍了。

小结

1. 在做string的拷贝时，尽量使用string(const string &)的形式，以享受COW带来的好处
2. 当需要使用char *构造一个string时，如果你已经知道这个char *表示的字符串长度，记得把这个长度一起传给string的构造函数
3. 我想不会有人傻到用string str(source.c_str(), source.size())这种方式拷贝一个string吧？当然上面测试代码只是为了便于理解所以采用了这种形式

顺便提一下，std::string::assign跟std::string的构造函数类似，测试结果也基本一样。string& assign(const string &)跟string(const string &)一样也有copy-on-write。

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string& assign ( const string& str ); string& assign ( const string& str, size_t pos, size_t n ); string& assign ( const char * s, size_t n ); string& assign ( const char * s ); string& assign ( size_t n, char c ); template < class InputIterator> string& assign ( InputIterator first, InputIterator last );

比较函数 std::string::compare

函数声明

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int compare ( const string& str ) const ; int compare ( const char * s ) const ; int compare ( size_t pos1, size_t n1, const string& str ) const ; int compare ( size_t pos1, size_t n1, const char * s) const ; int compare ( size_t pos1, size_t n1, const string& str, size_t pos2, size_t n2 ) const ; int compare ( size_t pos1, size_t n1, const char * s, size_t n2) const ;

对于compare函数，这里同样有一段测试代码，一起来看下：

+ expand source

在这段测试程序里，我们有4个比较测试函数，各个函数都将参数传进来的string跟自已预先定义好的一个字符串做比较。函数声明里加上noinline的attribute是为了防止编译器把compareUseStrcmp这个函数调用优化掉
同样，先尝试分析下运行这个测试程序会有什么样的结果？再来编译运行：

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$ g++ -Wall -O2 -o string_compare string_compare.cpp $ . /string_compare compare with static string     10000 times : 2399us compare with const string      10000 times : 4156us compare with c-string          10000 times : 2625us compare use strcmp             10000 times : 2388us

先来分析compare with static string和compare with const string这两个case，结果很明显，compareWithConstString这个函数里，每次函数调用都会在栈上构造一个foo临时对象，调用10000次就有10000次的构造和析构，当然很耗时了。所以，我们应该尽量用static const string表示字符串常量，而不是const string
再来对比compare with static string和compare with c-string，它俩为什么还差了近3ms的时间呢？我们去源码里寻找答案：

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template < typename _CharT, typename _Traits, typename _Alloc>    int    basic_string<_CharT, _Traits, _Alloc>::    compare( const _CharT* __s) const    {      __glibcxx_requires_string(__s);      const size_type __size = this ->size();      const size_type __osize = traits_type::length(__s);      const size_type __len = std::min(__size, __osize);      int __r = traits_type::compare(_M_data(), __s, __len);      if (!__r)    __r = __size - __osize;      return __r;    }

看到了吗，这里又有个traits_type::length！所以，我们应该尽量用static const string表示字符串常量，而不是const string，也不是const char *。
compare with static string跟compare use strcmp结果差不多，我们就不分析了。

至于std::string的几个比较运算符（operator==，operator!=，operator>，operator<，operator>=，operator<=）都是直接调用的std::string::compare。我们也不多做分析了。

std::string里还有几个类似的函数重载，列举如下，我们在使用的时候都需要注意同样的问题：
std::string::find

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size_t find ( const string& str, size_t pos = 0 ) const ; size_t find ( const char * s, size_t pos, size_t n ) const ; size_t find ( const char * s, size_t pos = 0 ) const ; size_t find ( char c, size_t pos = 0 ) const ;

std::string::append

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string& append ( const string& str ); string& append ( const string& str, size_t pos, size_t n ); string& append ( const char * s, size_t n ); string& append ( const char * s ); string& append ( size_t n, char c ); template < class InputIterator> string& append ( InputIterator first, InputIterator last );

std::string::replace

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string& replace ( size_t pos1, size_t n1, const string& str ); string& replace ( iterator i1, iterator i2, const string& str ); string& replace ( size_t pos1, size_t n1, const string& str, size_t pos2, size_t n2 ); string& replace ( size_t pos1, size_t n1, const char * s, size_t n2 ); string& replace ( iterator i1, iterator i2, const char * s, size_t n2 ); string& replace ( size_t pos1, size_t n1, const char * s ); string& replace ( iterator i1, iterator i2, const char * s ); string& replace ( size_t pos1, size_t n1, size_t n2, char c ); string& replace ( iterator i1, iterator i2, size_t n2, char c ); template < class InputIterator> string& replace ( iterator i1, iterator i2, InputIterator j1, InputIterator j2 );

隐式类型转换

前面的测试结果表明，当STLstring有提供std::string作为参数的函数重载时，应该尽量使用std::string作为参数。接下来我们再看另外一个case：

+ expand source

这里我们主要测的是std::string作为std::map的key时，判断指定的key是否在map里，也就是std::map::find函数。那么我们先来看看std::map的find函数原型：

1 2	iterator find ( const key_type& k); const_iterator find ( const key_type& k) const ;

这里find函数的参数是const key_type &k，在我们的测试程序里也就是const std::string &k。也就是说find函数只能接受std::string作为参数，但是在我们的测试程序里将一个字符串常量”key1″传给了find函数。这里就涉及到了隐式类型转换，将”key1″转换成一个临时的std::string对象。显然，这里的隐式类型转换需要构造一个临时的std::string对象，需要消耗时间。那我们看一下测试结果：

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$ g++ -O2 -o implicit_conversion implicit_conversion.cpp $ . /implicit_conversion call map[const char *]                   10000 times : 4653 us call map[const std::string &]            10000 times : 2441 us

结果很明显，正如我们分析的：隐式类型转换消耗了不少时间。
所以，在我们的代码里，应该尽量使用static const std::string的形式来表示字符串常量！

几种典型的误用场景

构造函数

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<pre>std::string decode( const std::string &str); std::string decode( const char *str) {      decode(std::string(str)); }   void test() {      std::string input;      std::cin >> input;      std::output = decode(input.c_str()); }

比较函数

帮助

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std::string command; std::cin >> command;                                                        // static const std::string get = "get";                                                        // static const std::string set = "set"; if (command == "get" )                   // if (str == get) {    printf ( "get command\n" ); } else if (command == "set" )             // if (str == set) {    printf (set command\n"; }

字符串拼接

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std::string keyword, properties; std::cin >> keyword >> properties;   std::string url; url += "/bin/search?" ;        // static const std::string prefix = "/bin/search?"; url += prefix; url += "q=" ;                       // static const std::string q_key = "q="; url += qkey; url += keyword; url += "&" ;                         // url += '&'; url += "properties=" ;         // static const std::string properties_key = "properties="; url += properties; url += properties; url += "&outfmt=json"       // static const std::string outfmt = "&outfmt=json"; url += outfmt;

隐式类型转换

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std::map<std::string, std::string> m; m[ "key1" ] = "value1" ;                                   //                                                                     // static const std::string key1 = "key1";                                                                     // static const std::string value1 = "value1";                                                                     // m[key1] = value1; m[ "key2" ] = "value2" ; … const std::string &v1 = m[ "key1" ];               // const std::string &v1 = m[key1]; const std::string &v2 = m[ "key2" ];

这几段代码看着眼熟么？赶紧改掉吧 

转载于:https://www.cnblogs.com/gaiwen/articles/3006587.html