字符串没有针对字符串文字进行足够优化

Question

在我的一个 C++ 项目中，我在将所有 char* 替换为 std::string 之前迈出了一步，但我发现有一个特定的场合 std::string 惨遭失败。

想象一下我有这两个功能：

void foo1(const std::string& s)
{
    ...
}

void foo2(const char* s)
{
    ...
}

如果我这样写：

const char* SL = "Hello to all!";

foo1(SL); // calls malloc, memcpy, free
foo2(SL);

在foo1 中，SL 将隐式转换为std::string。这意味着std::string 构造函数将分配内存并将字符串文字复制到该缓冲区。在foo2 尽管所有这些都不会发生。

在大多数实现中，std::string 应该是超级优化的（例如，写时复制），但是当我用 const char* 构造它时，它不是。我的问题是：为什么会这样？我错过了什么吗？我的标准库是否优化得不够充分，或者出于某种原因（我不知道）这完全不安全？

Answer 1

实际上，如果您更改文字，您的担忧就会消失（*）：

std::string const SL = "Hello to all!";

我为你添加了const。

现在，调用foo1 将不涉及任何复制（根本），调用foo2 可以以很小的成本实现：

foo1(SL);         // by const-reference, exact same cost than a pointer
foo2(SL.c_str()); // simple pointer

如果你想移动到std::string，不要只切换函数接口，还要切换变量（和常量）。

(*) 最初的答案假定 SL 是一个全局常量，如果它是函数的局部变量，那么如果确实希望避免在每次调用时都构建它，则可以将其设为 static。

Answer 2

std::string 不是灵丹妙药。它旨在成为拥有其内存的通用可变字符串的最佳实现，并且与 C API 一起使用相当便宜。这些是常见的场景，但它们并不匹配每个字符串使用实例。

正如您所提到的，字符串文字不太适合这个用例。他们使用静态分配的内存，所以std::string 不能也不应该尝试获取内存的所有权。而且这些字符串始终是只读的，所以std::string 不允许你修改它们。

std::string 创建传递给它的字符串数据的副本，然后在内部处理此副本。

如果您想操作其生命周期在其他地方处理的常量字符串（在字符串文字的情况下，它由初始化和释放静态数据的运行时库处理），那么您可能需要使用不同的字符串表示。也许只是一个简单的const char*。

Answer 3

问题在于 std::string 类无法识别 const char* 指针是否为全局字符文字：

const char *a = "Hello World";
const char *b = new char[20];

char* 指针可能在任何时候变得无效（例如当它是一个局部变量并且函数/范围结束时），因此std::string 必须成为字符串的独占所有者。这只能通过复制来实现。

下面的例子说明了为什么它是必要的：

std::string getHelloWorld()  {
  char *hello = new char[64];
  strcpy(hello, "Hello World");
  std::string result = (const char *)hello;  // If std::string didn't make a copy, the result could be a garbage
  delete[] hello;
  return result;
}