std::string笔记

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有关std::string的简要笔记

std::string

简述

C++ 中有着一个标准实现的 Standard Template Library（STL），其中 std::string 是其中一个经常被使用的特化模板类（特化类型为 std::basic_string<char>）。

出于 C++ ISO 标准委员会的效率和耦合性考虑，实际上 std::string 与 std::vector<char> 相差不大，底层实现原理基本上与之相同，接口函数也基本上一模一样。不过实际上 std::string 是经过特殊优化的，例如底层实际上对小字符串进行了一定程度的优化，避免频繁请求堆内存空间。

底层实现与内存空间

以 GCC 为例，std::string 的设计可以简化为：

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union __string_value
{
    char local[16];                 // 小字符串的本地空间
    size_t nMaxSize;                // 容器已分配的空间大小
};
struct string
{
    char* actual;                   // 容器的堆指针 (只有当字符串大小超过16才有效)
    __string_value value;           // 容器的缓冲区 (容器的一个优化措施)
    size_t nSize;                   // 容器已使用的空间大小
};

或者另一个常见的版本：

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union __string_value
{
    char local[16];                 // 小字符串的本地空间
    char* actual;                   // 容器的堆指针 (只有当字符串大小超过16才有效)
};
struct string
{
    __string_value value;           // 容器的空间 (容器的一个优化措施)
    size_t nSize;                   // 容器已使用的空间大小
    size_t nMaxSize;                // 容器已分配的空间大小
};

需要注意的是，在旧标准版本中（C++11之前），由于 C 标准布局类型导致空基类会占用四字节的空间（实际上空基类占用的是一字节，但是被补齐为四字节）。

一个可能的空间分布如下：

image-20220816135930341

当没有空基类优化时，可能的空间分布为：

image-20220816140019397

特征

实际上类在 C++ 中是一种语法糖的表现形式，在底层编译时会被分离为结构体和函数（大概率是内联函数）的形式，一个较为明显的特征点是由于 std::string 的小字符串优化，于是会存在取真实值的时候会进行 std::string.nMaxSize >= 16 的比较。

例如以下这种判断形式：

image-20220816140602051

将其更改得更为明显一些（更改变量类型）：

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