std::string size() 是 O(1) 操作吗？答案

【问题标题】：Is std::string size() a O(1) operation?std::string size() 是 O(1) 操作吗？
【发布时间】：2010-09-20 08:09:36
【问题描述】：

std::string size() 是 O(1) 运算吗？

我使用的 STL 的实现是 VC++ 内置的

【问题讨论】：

标签： c++ visual-c++ stl stdstring

【解决方案1】：

size_type __CLR_OR_THIS_CALL size() const

{   // return length of sequence

    return (_Mysize);

}

所以最终可能会是这样，但你永远无法确定。

【讨论】：

我认为你被否决是因为你没有回答问题，你要求读者把这些点联系起来。而且你的答案也很神秘。
我没有看到任何改写。对我来说，答案仍然很神秘。 “……最终‘可能’是这样的”？代码不是取自实际实现吗？

【解决方案2】：

是的，std::string::size() 是 O(1)。

【讨论】：

【解决方案3】：

STL 保证容器的性能至少为 O(N)，但是包括 std::string 在内的许多容器可以将其实现为 O(1) 并且将。通常它要么返回一个简单的变量，要么执行 _End - _Begin 之类的操作并返回它。

【讨论】：

【解决方案4】：

请参阅标准第 23.1 节中的表 65。 “a.size()”被列为“（注 A）”，表示“那些条目......应该具有恒定的复杂性”。

第 21.3 节说字符串符合序列 (23.1) 的要求，事实上，size() 是常数时间。

【讨论】：

【解决方案5】：

如果您要问 MSVC 的 string::size() 实现是否具有恒定的复杂性，那么答案是肯定的。但是Don Wakefield 提到了 C++ 标准 23.1 中的表 65，它说size() 的复杂性应该遵循“注释 A”中所说的内容。注 A 说：

那些标有“（注 A）”的条目应该具有恒定的复杂性。

但是，这并不意味着这些条目应该具有恒定的复杂性。标准使用非常具体的术语，“应该”意味着它不是强制性的。

在标准中添加了“注释 A”，以安抚那些认为应该允许 size() 具有线性复杂性的人，因此在修改容器时不必保持大小。

所以你不能依赖size() 具有恒定的复杂性，但老实说，我不确定是否有任何实现没有恒定的string::size()。

【讨论】：

附带说明，仍然可以以标准方式以 O(1) 操作检索字符串的大小：(end() - begin())。这保证 [amortized] O(1)，因为 begin() 和 end() 都必须是 O(1)（容器要求），字符串迭代器是随机访问的（字符串要求），并且 operator- 必须是 O (1) 对于支持它的迭代器（迭代器要求）。
... 并且无法从内容中计算字符串的长度，因为对可以存储的值没有限制。这意味着它必须在内容的外部进行管理，因此它独立于 N。即它必须是 O(1)。 O(1) 不是所有容器的要求这一事实并不意味着它可以是容器中的O(N)，只是至少可以有一个容器是非常量的，例如std::list<>。
@DavidRodríguez-dribeas：嗯，可以使用字符串的“编码”来避免在任何地方显式存储长度。例如。使用 0 字节作为转义字符，其含义取决于以下字节：0 表示“字符串结尾”，非零表示“那么多 0 字节”。然而，可能是其他std::string 要求禁止这样做（例如，这似乎意味着数组下标不再是 O(1)）。
@j_random_hacker：你说的是假设语言还是 C++？用一种假设的语言，我猜你可以。在 C++ 03 标准中描述 std::basic_string<>::size() 时，它指的是容器要求（即建议的常量大小），在 11 标准中，要求是明确的：复杂性：常量时间。
@DavidRodríguez-dribeas：你是对的！在 03 标准中，21.3/2 表示“类模板basic_string符合序列的要求，如（23.1.1）中规定的那样”，序列是一种容器（23.1.1/1），并且容器要求恒定时间 begin() 和 end()（23.1 中的表 65）很高兴听到他们在 C++11 中明确表示。

【解决方案6】：

这是为 msvc++ 回答该问题的一种简单方法。

在项目中编写一些代码：

string happy;
happy.size();

突出显示 .size 调用，右键单击，转到定义。

在我的安装 (vs2005sp1) 中，这会将我发送到 xstring:1635，如下所示：

size_type __CLR_OR_THIS_CALL size() const
    {   // return length of sequence
    return (_Mysize);
    }

所以看起来字符串有一个名为 _Mysize 的成员，它只是返回它。

换句话说，这是一个 O(1) 的实现。

【讨论】：

但问题是这个_Mysize是怎么计算出来的？
它是一个数据成员，所以在.size()函数中没有计算，只是简单的返回。它在设置、清除、附加到字符串等时更改。

【解决方案7】：

对于字符串，size() 操作必须对于所有不使用绳索⁽¹⁾ 的字符串实现都是常量.标准中没有明确要求要求操作为O(1)，最接近的是size()应该是常数时间的通用要求，但这为任何其他复杂性度量留出了空间。

那么为什么必须是O(1)呢？

这是因为无法从字符串本身的内容计算大小。在 C 中，您使用 NUL 终止符来确定字符串的结尾，而在 C++ 中，NUL 与字符串中的任何其他字符一样有效。由于无法根据内容⁽²⁾计算字符串的大小，因此必须在外部处理，与字符串的实际大小无关。

⁽¹⁾ C++03 标准允许实现使用 ropes 作为字符串的实现，但事实是该标准的当前实现都没有图书馆使用它们。

⁽²⁾ 如果实现使用绳索，则操作可能取决于大小，即构建绳索的块的数量（如果块通过链表或类似方式链接）构造，或者如果它们被允许具有不同的大小。但是 ropes 在我所知道的任何标准库实现中都没有使用。

【讨论】：

【解决方案8】：

size() 的复杂性应该遵循“注 A”。这意味着，它应该具有恒定的复杂性，即 O(1)。虽然，我不确定实现，但 C++ 中的迭代器确实具有指向 STL 容器的关联操作，如 begin() 和 end()。这些操作具有恒定的时间复杂度，因为它们是容器要求。这意味着begin() - end() 也具有恒定的复杂性。也就是说，size() 是 O(1) 运算。

【讨论】：