C++——string和string_view

一、C/C++的字符串

C风格的字符串性能高，但是使用不方便。能够高效的处理字符串是每种高级语言都应该具备的能力。C++有多种处理字符串的方式。

const char* constStr = "Hello World";   //指向常量字符串的指针

char charArr[] = "Hello World";         //字符数组

std::string str = "Hello World";        //std::string

std::string_view view = "Hello World";  //std::string_view

常量字符串

常量字符串也称静态字符串，是编译时就已经存放在静态区的常量，只能读取，不能修改。
用constStr指向一个字符串，指针会指向静态区，修改会导致段错误。
同时，常量字符串是一个左值！

字符串数组

charArr是一个局部变量，类型是char*。在栈上分配一块空间，长度为strlen(“Hello World”) + 1，因为要保存数组最后的’\0’。

string对象

str是一个局部变量，类型是string。在栈上分配一块空间用于存储string对象，在str内部，会有一个指针指向在堆上申请的一块空间，长度为strlen(“Hello World”) + 1。
这里面会发生两次字符串遍历，一是用strlen求出字符串的长度，二是将字符串的内容拷贝到堆上申请的空间。在空间占用上，栈上和堆上都有开销。

string_view对象

只是单纯设置静态字符串的起始指针和偏移量。创建string_view对象的时候，只在栈上分配string_view对象的空间，没有动态空间的分配，也没有对字符串的遍历。

一般是用strlen获取字符串的长度，但是实际上字符串在编译的时候长度就已经确定了，因此编译器是可以直接得知长度的。

二、string的缺点

在数据传递中减少拷贝是提高性能的办法。体现在指针和引用。在C++中若传递的字符串仅仅可读，const string& 是很常用的方式，但是仍有一些缺点。

不可避免的深拷贝

字符串字面值、字符数组、字符串指针的传递依然要数据拷贝
这三个类型在传入时会隐式转换，即深拷贝生成临时的string对象。在字符串内容比较大的情况下（文件），此时会引起耗时的内存分配和数据拷贝，降低效率。虽然可以通过右值引用来提高效率，但是不是从根本上解决问题，因为都要构造string对象。

substr 的复杂度

string().substr()用于返回字符串的子串，但是是返回一个新的子串对象，既要遍历源字符串，又要构造新对象。实际上可以不提取这部分，而是只访问。

三、std::string_view

C++17引入了std::string_view，用于获取一个字符串的视图，不是创建一个新的字符串对象，而是只拥有查看字符串的功能。string_view给在房间里的你提供一扇窗户，透过窗户，你可以看到外面的景色，但你只能眼观。只有身处其中，你才拥有了对风景的触感。
string_view相比string性能要高很多，因为每个string都有一份字符串的深拷贝，而string_view只是记录了对应字符串的指针和偏移位置。

构造函数

constexpr string_view() noexcept;
constexpr string_view(const string_view& other) noexcept = default;
constexpr string_view(const CharT* s, size_type count);
constexpr string_view(const CharT* s);

string_view支持用一个常量字符串来赋值，是因为string类重载了string到string_view的赋值运算符重载。
operator std::basic_string_view() const noexcept;
因此实际上是先拿字符串构造一个string临时对象，再用string_view观察这个对象。

使用方式

#include 
#include 

const char* constStr = "Hello World";

std::string_view view1(constStr);
std::string_view view2(constStr, 5);
std::string_view view3("Hello\0World");

std::cout << view1 << std::endl;  // Hello World
std::cout << view2 << std::endl;  // Hello
std::cout << view3 << std::endl;  // Hello

std::string_view GetStringView()
{
    std::string name = "Hello";
 
    return std::string_view(name); 
    // Warning 因为name出了作用于就被销毁了。
}

• 可以用字符串或string对象来构造string_view。

• string_view通常用于函数参数类型，可用来取代 const char* 和 const string&，可以避免不必要的内存分配。

• string_view的接口是 string 的子集，只包含读取字符串内容的部分。

• string_view().substr()的返回值类型是string_view对象，不分配内存；string::substr()的返回值类型是string对象，会分配内存。

因为string_view的接口是 string 的子集，所以在很多场景下可以使用string_view代替string。
比如生成一个string对象后，如果不会修改它，那么可以把对象转换成为string_view，后续操作全部使用string_view。

注意：string_view是没有c_str()接口的。c_str()函数的语义在于返回一个C风格的字符串，而string_view管理的字符串可能只是字符串的子串。
但是有data()接口。对于std::string，data()与c_str()的作用相同。string_view的data()接口是返回它所保存的数据指针。在使用data()的时候需要注意长度，比如cout << sv.data();与 cout << sv;的结果可能是不一样的，前者可能会多输出一部分字符。

原理

std::string_view提供一个字符串的视图，可以通过这个对象观测字符串，但不允许修改。由于它只读的特性，它不是拥有这个字符串对象，而是与其共享这一空间，因此构造string_view对象没有拷贝。

string_view类的成员变量只包含两个：字符串指针和字符串长度。字符串指针可能是指向某个字符串，也可能指向某个字符串的子串。

string_view比较适用于处理大文件，把文件里的东西全读到内存，方便观察，不需要创建新的string对象存放它们，效率高。

注意事项

• std::string_view管理的只是指针，使用时需要检查指针
• 如果对常量字符串是O(1)的操作，相比直接使const char*，string_view是没有性能优势的。但是相比const string&，string_view少了拷贝。
• string_view并不掌管其指向的内容。如果源字符串析构了还去使用，就会出现问题。