C-String与C++Strings的效率

Question

C++ Primer说

对于大多数应用程序来说，除了更安全之外，使用库字符串也比使用C风格字符串更有效。

安全是可以理解的。为什么C++字符串库更高效？毕竟，在它的下面，字符串不是仍然表示为字符数组吗？

为了澄清，作者是谈论程序员效率(理解)还是处理效率？

Answer 1

C-字符串通常更快，因为它们不调用malloc/new。但在某些情况下，std::string速度更快。函数strlen()为O(N)，std::string::size()为O(1)。

此外，在搜索子字符串时，在C字符串中，您需要在每个循环中检查'\0'，在std::string中不需要。在天真的子字符串搜索算法中，这并不重要，因为不需要检查'\0'，而是需要检查i<s.size()。但是现代高性能的子字符串搜索算法以多字节的方式遍历字符串。每个字节都需要一个'\0'签入，这使得它们慢了下来。这就是为什么GLIBC memmem比strstr快一倍的原因。我做了子字符串算法的很多标杆。

这不仅适用于子字符串搜索算法。对于以零结尾的字符串，许多其他字符串处理算法都比较慢。

Answer 2

为什么C++字符串库更高效？毕竟，在它的下面，字符串不是仍然表示为字符数组吗？

因为如果不仔细编写，使用char*或char[]的代码更有可能无效。例如，您是否见过这样的循环：

char *get_data();

char const *s = get_data(); 

for(size_t i = 0 ; i < strlen(s) ; ++i) //Is it efficent loop? No.
{
   //do something
}

这有效率吗？不是的。strlen()的时间复杂度是O(N)，而且在上面的代码中，每次迭代都要计算它。

现在，您可能会说：“只要我只调用strlen()一次，就可以使其高效。”当然，你可以。但是你必须自己做所有的优化，并且要清晰地。如果你错过了什么，你就错过了CPU周期。但是使用std::string，许多这样的优化都是由类本身完成的。所以你可以这样写：

std::string get_data();

std::string const & s = get_data(); //avoid copy if you don't need  it

for(size_t i = 0 ; i < s.size() ; ++i) //Is it efficent loop? Yes.
{
   //do something
}

这有效率吗？是。size()的时间复杂度是O(1)。不需要手动优化它，这通常会使代码看起来丑陋和难以阅读。与std::string相比，使用char*生成的代码几乎总是整洁整洁的。

还请注意，std::string不仅使您的代码在CPU周期方面有效，而且还提高了程序员的效率！

Answer 3

std::string知道它的长度，这使得许多操作更快。

例如，考虑到：

const char* c1 = "Hello, world!";
const char* c2 = "Hello, world plus dog!";
std::string s1 = c1;
std::string s2 = c2;

strlen(c1)比s1.length()慢。为了进行比较，strcmp(c1, c2)必须比较几个字符以确定字符串不相等，但是s1 == s2可以分辨长度不一样，并立即返回false。

其他操作也受益于预先知道长度，例如strcat(buf, c1)必须在buf中查找空终止符以找到在何处追加数据，但是s1 += s2已经知道s1的长度，并且可以立即将新字符追加到正确的位置。

当涉及到内存管理时，std::string每次增长时都会分配额外的空间，这意味着以后的追加操作不需要重新分配。