C++ 字符串连接优化

Question

看这样一段代码（添加了cmets）：

std::string some_var;
std::string some_func(); // both are defined, but definition is irrelevant
...
return "some text " + some_var + "c" + some_func(); // intentionally "c" not 'c'

我想知道，在哪些情况下 operator + 或 std::string 必须进行复制（在使用复制构造/分配的意义上，而不是复制的内部缓冲区，例如，如果 SSO 应用），以及实际复制的内容。快速查看cppreference 只是部分有用，因为它列出了 12（！）个不同的案例。在某种程度上，我要求确认我对页面的理解：

• 案例 1) 制作 lhs 的副本，然后将 rhs 复制到此副本的末尾
• 在 C++98 案例 2) - 5) 中，从 char/const char* 参数构造一个临时字符串，然后导致案例 1)
• 在 C++11 案例 2) - 5) 中，临时字符串由 char/const char* 参数，然后导致情况 6) 或 7)
• 在 C++11 案例 6) - 12) 中，r-value 参数将被 insert/append 改变，如果提供了 char/const char* 参数，则由于 insert/append 上的重载，不需要临时参数。在所有情况下，都会返回一个 r 值以促进进一步的链接。不制作副本（除了要在插入位置附加/插入的参数的副本）。可能需要移动字符串的内容。

因此，像上面示例这样的链应该导致：2) -> 6) -> 11) -> 8)，不会复制任何 lhs，而只是修改 r-value 的缓冲区导致从第一个操作（创建临时字符串）开始。

因此，这似乎与operator += 一样有效，一旦operator + 至少使用 r-value 参数。这是正确的吗，在 C++11 及之后的版本中使用 operator += 而不是 operator + 有什么意义，除非这两个参数都是左值字符串？

编译器还可以进行哪些优化？

编辑：澄清问题的意图。最初的部分仅是关于语言的细节（实现非承受）；最后一个问题是关于额外的优化。

Answer 1

字符串是一个相当不透明的对象：它拥有一个内部字符缓冲区并按照它想要的方式管理它。将单个字符添加到字符串可能会以分配新缓冲区、初始部分的副本和添加的部分的副本结束。一切都取决于分配的缓冲区是否足够大以接受添加的部分。

引用说：

... 不制作任何副本（除了要在插入位置附加/插入的参数的副本）。 可能需要移动字符串的内容。

换句话说，新分配，旧缓冲区的完整复制和释放...

当您谈到效率和优化时，您必须记住编译器不必遵循您编写程序的方式。由于 as-if 规则，它可以优化它想要的方式，前提是尊重可观察的行为。 C++ 标准说：

1.9 程序执行 [intro.execution]
...
5 执行格式良好的程序的一致实现应产生相同的可观察行为 作为具有相同程序的抽象机的相应实例的可能执行之一 和相同的输入。

一个注释甚至解释说：

一个实现可以随意忽略这个的任何要求 国际标准，只要结果符合要求，只要可以从 程序的可观察行为。

所以很可能a = a + b; 和a += b; 编译成完全相同的代码。

当您编写 C++ 程序时，您永远不必担心低级优化：编译器会关心它，并且通常说编译器比您更聪明。仅在确定真正的瓶颈时才采用这种方式，并注意低级优化，如果仅针对一种架构和一种配置上的一个编译器。