为什么没有通过“”比较检查空字符串的优化？

Question

在Quick Bench 上检查的这个 google-benchmark 代码表明，string::empty() 的运行速度比与空字符串文字相比要快得多。但是，创建"" 的名称字符串实际上会使编译器优化检查：

bool compareWithNamedConst(const std::string& target) {
    const std::string emptyString = "";
    return emptyString == target;
}

bool compareWithLiteral(const std::string& target) {
    return "" == target;
}

bool compareWithRvalue(const std::string& target) {
    return std::string{""} == target;
}

bool checkForEmpty(const std::string& target) {
    return target.empty();
}

每个调用的性能如下所示：

如您所见，与所有其他选项相比，与 "" 的比较速度非常慢。我想知道为什么会这样？它一定与未在const char* 上应用 SSO 有某种关系，因为测试：

bool compareWithLiteral(const std::string& target) {
    return "test with a longer string not optimized" == target;
}

bool compareWithRvalue(const std::string& target) {
    return std::string{"test with a longer string not optimized"} == target;
}

与文字比较的结果实际上更快：

我发现检查字符串是否为空，最容易阅读的语法是"" == myVariable，因为它清楚地表明myVariable 是std::string，没有不必要的混乱。为什么我们不能像其他所有情况一样对其进行优化？

Answer 1

对于空性检查，如果您真的喜欢文字语法，您可以通过using namespace std::string_literals; 帮助您的编译器，并将"" 替换为""s。在那种情况下，compareWithLiteral、compareWithRvalue 和checkForEmpty 将基本相同，因为const std::string& 之间的operator== 通常会在内容之前检查大小，而""s 的大小是微不足道的。

bool compareWithLiteral(const std::string& target) {
    using namespace std::string_literals;
    return ""s == target;
}

对于不属于 SSO 的字符串，您应该尝试使用 std::string_view 及其 operator""sv，即使不幸的是仅从 C++17 开始可用。 Boost 有boost::string_view。没有为编译时创建提供用户字符串文字（这是必不可少的，因为测试字符串长度将在二进制文件中硬编码），但您可以轻松定义一个：

#include <boost/utility/string_view.hpp>

constexpr auto operator""_sv(const char* str, std::size_t len) noexcept {
    return boost::basic_string_view<char>{str, len};
}

bool compareWithLiteral(const std::string& target) {
    return "test with a longer string not optimized"_sv == target;
}

这个版本比你的compareWithLiteral 版本运行得快得多，至少当target 大小不同时。

Answer 2

我认为主要区别在于涉及std::string 对象的比较首先只检查它们的大小。如果它们不相等，比较立即返回。 （这也可以解释为什么 @KamilCuk 指出，如果两个字符串的长度相等，则可以使用 memcmp。）

相反，对于文字，它们被视为 C 字符串/字符数组，其中不提供有关其长度的信息。因此，strcmp 函数在其内部使用 更大的开销，即使其中一个字符串为空（至少，由于 strcmp 的函数调用的开销似乎没有被内联在你的程序集中）。

至于最后一个问题，compareWithRvalue，那里的字符串对于 SSO 来说太大了，因此，动态内存分配（和释放）被执行（并且可能没有在这里优化），这在这里表示相对较大的开销。