为什么 std::string_view 比 const char* 快？

Question

还是我在测量其他东西？

在这段代码中，我有一堆标签 (integers)。每个标签都有一个字符串表示（const char* 或std::string_view）。 在循环堆栈值被转换为相应的字符串值。这些值被附加到预先分配的字符串或分配给数组元素。

结果显示std::string_view的版本比const char*的版本稍快。

代码：

#include <array>
#include <iostream>
#include <chrono>
#include <stack>
#include <string_view>

using namespace std;

int main()
{
    enum Tag : int { TAG_A, TAG_B, TAG_C, TAG_D, TAG_E, TAG_F };
    constexpr const char* tag_value[] = 
        { "AAA", "BBB", "CCC", "DDD", "EEE", "FFF" };
    constexpr std::string_view tag_values[] =
        { "AAA", "BBB", "CCC", "DDD", "EEE", "FFF" };

    const size_t iterations = 10000;
    std::stack<Tag> stack_tag;
    std::string out;
    std::chrono::steady_clock::time_point begin;
    std::chrono::steady_clock::time_point end;

    auto prepareForBecnhmark = [&stack_tag, &out](){
        for(size_t i=0; i<iterations; i++)
            stack_tag.push(static_cast<Tag>(i%6));
        out.clear();
        out.reserve(iterations*10);
    };

// Append to string
    prepareForBecnhmark();
    begin = std::chrono::steady_clock::now();
    for(size_t i=0; i<iterations; i++) {
        out.append(tag_value[stack_tag.top()]);
        stack_tag.pop();
    }
    end = std::chrono::steady_clock::now();
    std::cout << out[100] << "append string const char* = " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - begin).count() << "[µs]" << std::endl;

    prepareForBecnhmark();
    begin = std::chrono::steady_clock::now();
    for(size_t i=0; i<iterations; i++) {
        out.append(tag_values[stack_tag.top()]);
        stack_tag.pop();
    }
    end = std::chrono::steady_clock::now();
    std::cout << out[100] << "append string string_view= " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - begin).count() << "[µs]" << std::endl;

// Add to array
    prepareForBecnhmark();
    std::array<const char*, iterations> cca;
    begin = std::chrono::steady_clock::now();
    for(size_t i=0; i<iterations; i++) {
        cca[i] = tag_value[stack_tag.top()];
        stack_tag.pop();
    }
    end = std::chrono::steady_clock::now();
    std::cout << "fill array const char* = " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - begin).count() << "[µs]" << std::endl;

    prepareForBecnhmark();
    std::array<std::string_view, iterations> ccsv;
    begin = std::chrono::steady_clock::now();
    for(size_t i=0; i<iterations; i++) {
        ccsv[i] = tag_values[stack_tag.top()];
        stack_tag.pop();
    }
    end = std::chrono::steady_clock::now();
    std::cout << "fill array string_view = " << std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - begin).count() << "[µs]" << std::endl;
    std::cout << ccsv[ccsv.size()-1] << cca[cca.size()-1] << std::endl;

    return 0;
}

我的机器上的结果是：

Aappend string const char* = 97[µs]
Aappend string string_view= 72[µs]
fill array const char* = 35[µs]
fill array string_view = 18[µs]

Godbolt 编译器浏览器网址：https://godbolt.org/z/SMrevx

UPD：更准确的基准测试后的结果（500 次运行 300000 次迭代）：

Caverage append string const char* = 2636[µs]
Caverage append string string_view= 2096[µs]
average fill array const char* = 526[µs]
average fill array string_view = 568[µs]

神箭网址：https://godbolt.org/z/aU7zL_

所以在第二种情况下const char* 比预期的更快。第一种情况在答案中进行了解释。

Answer 1

很简单，因为std::string_view 传递了长度，并且您不必在需要新字符串时插入空字符。 char* 必须每次搜索结尾，如果你想要一个子字符串，你可能必须复制，因为你需要在子字符串的末尾有一个空字符。

Answer 2

std::string_view 出于实际目的归结为：

{
  const char* __data_;
  size_t __size_;
}

该标准实际上以秒为单位指定。 24.4.2 这是一个指针和大小。它还指定某些操作如何与字符串视图一起使用。最值得注意的是，每当您与std::string 交互时，您都会调用将大小作为输入的重载。因此，当您调用 append 时，这归结为两个不同的调用：str.append(sv) 转换为 str.append(sv.data(), sv.size())。

显着的区别在于您现在知道append 之后字符串的大小，这意味着您还知道是否必须重新分配内部缓冲区，以及你必须做到多大。如果您事先不知道大小，您可以开始复制，但std::string 为append 提供强力保证，因此出于实际目的，大多数库可能会预先计算长度和所需的缓冲区，尽管从技术上讲，如果您没有成功完成，也可以只记住旧大小并在之后擦除所有内容（怀疑有人这样做，尽管它可能是对字符串的局部优化，因为销毁是微不足道的）。

Answer 3

这可能是由于 string_view 具有字符串值的大小。 “const char*”没有关于大小的信息，必须定义它。