我最近听了Herb Sutter的一个演讲,他认为通过const &传递std::vector和std::string的原因已经基本消失了。他建议现在最好编写如下这样的函数:

std::string do_something ( std::string inval )
{
   std::string return_val;
   // ... do stuff ...
   return return_val;
}

我知道return_val在函数返回时将是一个右值,因此可以使用move语义返回,这非常便宜。然而,inval仍然比引用(通常实现为指针)的大小大得多。这是因为std::string有各种组件,包括指向堆的指针和用于短字符串优化的成员char[]。所以在我看来,通过引用传递仍然是一个好主意。

谁能解释一下赫伯为什么会这么说?


当前回答

string不是普通旧数据(POD),它的原始大小不是最相关的东西。例如,如果传入的字符串超过SSO的长度,并且分配在堆上,我希望复制构造函数不复制SSO存储。

推荐这样做的原因是,inval是从参数表达式构造的,因此总是被适当地移动或复制——假设您需要参数的所有权,这不会造成性能损失。如果不这样做,const引用仍然是更好的方法。

其他回答

正如@ jduzgosz在评论中指出的那样,Herb在另一个(稍后?)谈话中给出了其他建议,大致可以从这里看到:https://youtu.be/xnqTKD8uD64?t=54m50s。

他的建议可以归结为,对于一个接受所谓汇聚参数的函数f,只使用值形参,假设您将从这些汇聚参数中移动construct。

与分别为左值和右值参数定制的f的最佳实现相比,这种通用方法只是同时为左值和右值参数增加了move构造函数的开销。要了解为什么会出现这种情况,假设f接受一个值形参,其中T是某个复制和移动构造类型:

void f(T x) {
  T y{std::move(x)};
}

使用左值参数调用f将导致调用一个复制构造函数来构造x,调用一个移动构造函数来构造y。另一方面,使用右值参数调用f将导致调用一个移动构造函数来构造x,并调用另一个移动构造函数来构造y。

一般来说,f对左值参数的最佳实现如下:

void f(const T& x) {
  T y{x};
}

在这种情况下,只调用一个复制构造函数来构造y。对于右值参数,f的最佳实现通常如下所示:

void f(T&& x) {
  T y{std::move(x)};
}

在这种情况下,只调用一个move构造函数来构造y。

因此,一个明智的妥协是,取一个value形参,并有一个额外的move构造函数调用,用于左值或右值参数,这也是Herb在演讲中给出的建议。

正如@ jdlugosz在评论中指出的那样,仅对将从sink参数构造某个对象的函数才有意义。当函数f复制其实参时,按值传递的方法比一般的按常量引用传递的方法开销更大。保留形参副本的函数f的值传递方法将具有如下形式:

void f(T x) {
  T y{...};
  ...
  y = std::move(x);
}

在这种情况下,左值实参有一个复制构造和一个move赋值,右值实参有一个move构造和move赋值。左值参数的最佳情况是:

void f(const T& x) {
  T y{...};
  ...
  y = x;
}

这可以归结为仅进行赋值操作,这可能比值传递方法所需的复制构造函数加移动赋值要便宜得多。这样做的原因是赋值可能会重用y中现有的已分配内存,因此防止(取消)分配,而复制构造函数通常会分配内存。

对于右值实参,保留副本的f的最优实现形式为:

void f(T&& x) {
  T y{...};
  ...
  y = std::move(x);
}

这里只有一个move赋值。将右值传递给接受const引用的f版本只需要赋值,而不是move赋值。所以相对而言,在这种情况下,f的版本采用const引用作为通用实现更可取。

So in general, for the most optimal implementation, you will need to overload or do some kind of perfect forwarding as shown in the talk. The drawback is a combinatorial explosion in the number of overloads required, depending on the number of parameters for f in case you opt to overload on the value category of the argument. Perfect forwarding has the drawback that f becomes a template function, which prevents making it virtual, and results in significantly more complex code if you want to get it 100% right (see the talk for the gory details).

是传递const std::string &作为参数的日子?

不。许多人采纳了这个建议(包括Dave Abrahams),并将其简化为适用于所有std::string参数——始终按值传递std::string对于任何和所有任意参数和应用程序都不是“最佳实践”,因为这些演讲/文章关注的优化只适用于有限的一组情况。

如果要返回值、改变参数或获取值,那么按值传递可以节省昂贵的复制,并提供语法上的便利。

与以往一样,当您不需要拷贝时,传递const引用可以节省大量复制。

现在来看看具体的例子:

然而,inval仍然比引用(通常实现为指针)的大小大得多。这是因为std::string有各种组件,包括指向堆的指针和用于短字符串优化的成员char[]。所以在我看来,通过引用传递仍然是一个好主意。谁能解释一下赫伯为什么会这么说?

如果考虑到堆栈大小(并且假设这不是内联/优化的),return_val + inval > return_val——IOW,可以通过在这里传递值来降低堆栈使用的峰值(注意:ABIs的过度简化)。同时,通过const引用传递可以禁用优化。这里的主要原因不是为了避免堆栈增长,而是为了确保优化可以在适用的地方执行。

通过const引用传递的日子并没有结束——规则只是比以前更复杂了。如果性能很重要,明智的做法是根据实现中使用的细节考虑如何传递这些类型。

问题是“const”是一个非粒度限定符。“const string ref”通常的意思是“不要修改这个字符串”,而不是“不要修改引用计数”。在c++中,根本没有办法说哪些成员是“const”。它们要么都是,要么都不是。

为了解决这个语言问题,STL可以允许“C()”在你的例子中做一个移动语义复制,并在引用计数(可变)方面尽责地忽略“const”。只要它是指定好的,这就可以了。

因为STL没有,我有一个const_cast <>的字符串版本,去掉引用计数器(没有办法在类层次结构中追溯一些可变的东西),并且-你瞧-你可以自由地传递cmstring作为const引用,并在深层函数中复制它们,一整天,没有泄漏或问题。

由于c++在这里没有提供“派生类的const粒度”,编写一个好的规范并创建一个新的“const可移动字符串”(cmstring)对象是我见过的最好的解决方案。

这在很大程度上取决于编译器的实现。

然而,这也取决于你使用什么。

让我们考虑下一个函数:

bool foo1( const std::string v )
{
  return v.empty();
}
bool foo2( const std::string & v )
{
  return v.empty();
}

为了避免内联,这些函数在单独的编译单元中实现。然后: 1. 如果将一个字面值传递给这两个函数,将不会看到性能上的太大差异。在这两种情况下,都必须创建一个字符串对象 2. 如果传递另一个std::string对象,foo2将优于foo1,因为foo1将进行深度复制。

在我的PC上,使用g++ 4.6.1,我得到了这些结果:

参考变量:1000000000次迭代——>时间流逝:2.25912秒 变量值:1000000000次迭代—>时间流逝:27.2259秒 参考文字:100000000次迭代——>时间流逝:9.10319秒 字面值:100000000次迭代——>时间流逝:8.62659秒

Herb Sutter和Bjarne Stroustroup一起推荐使用const std::string&作为形参类型;见https://github.com/isocpp/CppCoreGuidelines/blob/master/CppCoreGuidelines.md#Rf-in。

这里有一个在其他答案中没有提到的陷阱:如果你将一个字符串字面值传递给一个const std::string& parameter,它将传递一个临时字符串的引用,该字符串是动态创建的,用于保存字面值的字符。如果然后保存该引用,那么一旦释放临时字符串,它将无效。为了安全起见,您必须保存副本,而不是参考资料。这个问题源于字符串字面值是const char[N]类型,需要升级为std::string。

下面的代码说明了陷阱和解决方法,以及一个较小的效率选项——使用const char*方法重载,如在c++中是否有一种方法将字符串文字作为引用传递。

(注意:Sutter & Stroustroup建议,如果你保留了字符串的副本,也要提供一个带有&&形参和std::move()的重载函数。)

#include <string>
#include <iostream>
class WidgetBadRef {
public:
    WidgetBadRef(const std::string& s) : myStrRef(s)  // copy the reference...
    {}

    const std::string& myStrRef;    // might be a reference to a temporary (oops!)
};

class WidgetSafeCopy {
public:
    WidgetSafeCopy(const std::string& s) : myStrCopy(s)
            // constructor for string references; copy the string
    {std::cout << "const std::string& constructor\n";}

    WidgetSafeCopy(const char* cs) : myStrCopy(cs)
            // constructor for string literals (and char arrays);
            // for minor efficiency only;
            // create the std::string directly from the chars
    {std::cout << "const char * constructor\n";}

    const std::string myStrCopy;    // save a copy, not a reference!
};

int main() {
    WidgetBadRef w1("First string");
    WidgetSafeCopy w2("Second string"); // uses the const char* constructor, no temp string
    WidgetSafeCopy w3(w2.myStrCopy);    // uses the String reference constructor
    std::cout << w1.myStrRef << "\n";   // garbage out
    std::cout << w2.myStrCopy << "\n";  // OK
    std::cout << w3.myStrCopy << "\n";  // OK
}

输出:

Const char *构造函数 常量std::string&构造函数 第二个字符串 第二个字符串