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?
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。
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?
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。
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
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。
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