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?
赫伯说那些话的原因就是因为这样的案子。
假设我有一个函数A,它调用函数B,函数B调用函数C, A将一个字符串通过B传递给C, A不知道也不关心C;A只知道B,也就是说,C是B的一个实现细节。
假设A的定义如下:
void A()
{
B("value");
}
如果B和C通过const&获取字符串,那么它看起来像这样:
void B(const std::string &str)
{
C(str);
}
void C(const std::string &str)
{
//Do something with `str`. Does not store it.
}
一切都很好。你只是传递指针,没有复制,没有移动,每个人都很开心。C接受一个参数&,因为它不存储字符串。它只是简单地使用它。
现在,我想做一个简单的改变:C需要将字符串存储在某个地方。
void C(const std::string &str)
{
//Do something with `str`.
m_str = str;
}
你好,复制构造函数和潜在的内存分配(忽略短字符串优化(SSO))。c++ 11的move语义应该可以消除不必要的复制构造,对吧?A只是暂时的;C没有理由复制数据。它应该带着给它的东西潜逃。
但它不能。因为它需要一个常量。
如果我改变C的参数值,这只会导致B对参数进行复制;我什么也得不到。
所以如果我在所有函数中都按值传递str,依靠std::move来打乱数据,我们就不会有这个问题。如果有人想留住它,他们可以做到。如果没有,那好吧。
会更贵吗?是的,移动到值中比使用引用代价更大。它比复制品便宜吗?不适合使用SSO的小字符串。值得做吗?
这取决于您的用例。你有多讨厌内存分配?
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。
我复制/粘贴了这个问题的答案,并更改了名称和拼写以适应这个问题。
下面是用来衡量问题的代码:
#include <iostream>
struct string
{
string() {}
string(const string&) {std::cout << "string(const string&)\n";}
string& operator=(const string&) {std::cout << "string& operator=(const string&)\n";return *this;}
#if (__has_feature(cxx_rvalue_references))
string(string&&) {std::cout << "string(string&&)\n";}
string& operator=(string&&) {std::cout << "string& operator=(string&&)\n";return *this;}
#endif
};
#if PROCESS == 1
string
do_something(string inval)
{
// do stuff
return inval;
}
#elif PROCESS == 2
string
do_something(const string& inval)
{
string return_val = inval;
// do stuff
return return_val;
}
#if (__has_feature(cxx_rvalue_references))
string
do_something(string&& inval)
{
// do stuff
return std::move(inval);
}
#endif
#endif
string source() {return string();}
int main()
{
std::cout << "do_something with lvalue:\n\n";
string x;
string t = do_something(x);
#if (__has_feature(cxx_rvalue_references))
std::cout << "\ndo_something with xvalue:\n\n";
string u = do_something(std::move(x));
#endif
std::cout << "\ndo_something with prvalue:\n\n";
string v = do_something(source());
}
对我来说,这输出:
$ clang++ -std=c++11 -stdlib=libc++ -DPROCESS=1 test.cpp
$ a.out
do_something with lvalue:
string(const string&)
string(string&&)
do_something with xvalue:
string(string&&)
string(string&&)
do_something with prvalue:
string(string&&)
$ clang++ -std=c++11 -stdlib=libc++ -DPROCESS=2 test.cpp
$ a.out
do_something with lvalue:
string(const string&)
do_something with xvalue:
string(string&&)
do_something with prvalue:
string(string&&)
下表总结了我的结果(使用clang -std=c++11)。第一个数字是复制结构的数量,第二个数字是移动结构的数量:
+----+--------+--------+---------+
| | lvalue | xvalue | prvalue |
+----+--------+--------+---------+
| p1 | 1/1 | 0/2 | 0/1 |
+----+--------+--------+---------+
| p2 | 1/0 | 0/1 | 0/1 |
+----+--------+--------+---------+
值传递解决方案只需要一次重载,但在传递左值和x值时需要额外的move构造。对于任何特定的情况,这可能是可接受的,也可能是不可接受的。这两种解决方案各有优缺点。
参见“Herb Sutter”回归基础!《现代c++风格要点》。在其他主题中,他回顾了过去给出的参数传递建议,以及c++ 11中引入的新思想,并特别介绍了按值传递字符串的思想。
基准测试显示,在函数无论如何都会复制std::strings的情况下,按值传递std::strings可能会显著变慢!
这是因为你强迫它总是做一个完整的拷贝(然后移动到适当的位置),而const&version将更新旧字符串,这可能会重用已经分配的缓冲区。
请看他的幻灯片27:对于“set”函数,选项1一如既往。选项2为右值引用添加了重载,但如果有多个参数,则会导致组合爆炸。
只有对于必须创建字符串(而不是更改其现有值)的“sink”参数,值传递技巧才有效。也就是说,形参直接初始化匹配类型的成员的构造函数。
如果你想知道你能有多担心这个问题,看看尼科莱·约苏蒂斯的演讲,祝你好运(“完美-完成!”n次后发现错误的前一个版本。你去过那里吗?)
这也总结为⧺F。标准指南中的15条。
更新
一般情况下,你需要声明"string"参数为std::string_view(按值)。这允许你像使用const std::string&一样有效地传递一个现有的std::string对象,也可以传递一个词汇字符串字面量(如“hello!”)而不复制它,并传递类型为string_view的对象,现在这些也在生态系统中是必要的。
例外情况是当函数需要一个实际的std::string实例,以便传递给另一个声明为接受const std::string&的函数。