Godot之StringName解析

类描述

在Godot中，StringName是唯一字符串的内置类型。

StringName 是不可变的字符串，用于唯一名称的通用表示（也叫“字符串内嵌”）。值相同的两个 StringName 是同一个对象。进行比较时比普通 String 要快很多。

对于需要 StringName 的方法，你通常可以只传 String，会自动进行转换，不过有时候你可能会想要提前使用 StringName 构造函数来构造 StringName，在 GDScript 中也可以用 &"example" 语法。

Godot中的NodePath，这是与此类似的概念，针对存储预解析的场景树路径设计，NodePath我们后面会进行解析。

String 的所有方法都在这个类中可用。它们会将 StringName 转换为字符串，返回的也是字符串。这样做效率非常低，应该只在需要字符串时使用。

注意：转换为布尔值时，空的 StringName（StringName("")）为 false，其他 StringName 均为 true。不能使用 not 运算符。请改用 is_empty 来检查空的 StringName。

核心思想概述

StringName内部实现了一个静态哈希表_table，将所有值相同的字符串，在_table中存储唯一一份，并对字符串值实现了引用计数，创建时+1，销毁时-1，为0时，从_table中移除对应节点，并释放字符串占用的内存。

关键代码

关键成员变量

_Data

_Data 是一个用于存储字符串的双端链表，支持引用计数、C string和String两种格式字符串。其他见代码注释。

	// 一个存储字符串的双端链表
	struct _Data {
		SafeRefCount refcount;
		// 静态引用次数
		SafeNumeric static_count;
		// 所存储的字符串，可以以const char *和String两种形式存在
		const char *cname = nullptr;
		String name;
#ifdef DEBUG_ENABLED
		uint32_t debug_references = 0;
#endif
		String get_name() const { return cname ? String(cname) : name; }
		// 记录在_table中的索引
		int idx = 0;
		// 存储字符串的哈希值
		uint32_t hash = 0;
		// 前向节点指针
		_Data *prev = nullptr;
		// 后向节点指针
		_Data *next = nullptr;
		_Data() {}
	};

	// 在StringName变量中，只关心_data指向的节点，在静态_table中，才关心它的前向和后向节点
	_Data *_data = nullptr;

_table

_table定义为静态的目的，就是唯一且被所有StringName共享，从而实现在字符串相等时，可以共享一个字符串

enum {
	STRING_TABLE_BITS = 16,
	STRING_TABLE_LEN = 1 << STRING_TABLE_BITS,		// 静态_table数组大小
    STRING_TABLE_MASK = STRING_TABLE_LEN - 1		// 静态_table数组索引的掩码
};

// 静态_table，即被所有StringName共享，从而实现在字符串相等时，可以共享一个字符串
static _Data *_table[STRING_TABLE_LEN];

静态哈希表_table的原理图如下所示，也是StringName的精髓所在。

关键成员函数

构造函数

StringName::StringName(const String &p_name, bool p_static) {
	_data = nullptr;

	ERR_FAIL_COND(!configured);

	if (p_name.is_empty()) {
		return;
	}

	MutexLock lock(mutex);

	// 计算字符串的哈希值
	uint32_t hash = p_name.hash();
	// 计算在静态_table中的索引
	uint32_t idx = hash & STRING_TABLE_MASK;

	_data = _table[idx];

	while (_data) {
		// 相等的条件：哈希值相等 and 字符串相等
		if (_data->hash == hash && _data->get_name() == p_name) {
			break;
		}
		_data = _data->next;
	}

	// 如果找到，引用计数+1
	if (_data && _data->refcount.ref()) {
		// exists
		if (p_static) {
			_data->static_count.increment();
		}
#ifdef DEBUG_ENABLED
		if (unlikely(debug_stringname)) {
			_data->debug_references++;
		}
#endif
		return;
	}

	// 如果在静态_table中没有找到，则创建一个新的，并添加到_table
	_data = memnew(_Data);
	_data->name = p_name;
	_data->refcount.init();
	_data->static_count.set(p_static ? 1 : 0);
	_data->hash = hash;
	_data->idx = idx;
	_data->cname = nullptr;
	_data->next = _table[idx];
	_data->prev = nullptr;
#ifdef DEBUG_ENABLED
	if (unlikely(debug_stringname)) {
		// Keep in memory, force static.
		_data->refcount.ref();
		_data->static_count.increment();
	}
#endif

	if (_table[idx]) {
		_table[idx]->prev = _data;
	}
	_table[idx] = _data;
}

析构函数

void StringName::unref() {
	ERR_FAIL_COND(!configured);

	// _data有效 且 unref后，引用为0，才会进行释放
	if (_data && _data->refcount.unref()) {
		MutexLock lock(mutex);

		if (CoreGlobals::leak_reporting_enabled && _data->static_count.get() > 0) {
			if (_data->cname) {
				ERR_PRINT("BUG: Unreferenced static string to 0: " + String(_data->cname));
			} else {
				ERR_PRINT("BUG: Unreferenced static string to 0: " + String(_data->name));
			}
		}

		// 删除双向链表中的节点
		if (_data->prev) {
			_data->prev->next = _data->next;
		} else {
			if (_table[_data->idx] != _data) {
				ERR_PRINT("BUG!");
			}
			_table[_data->idx] = _data->next;
		}

		if (_data->next) {
			_data->next->prev = _data->prev;
		}
		// 释放内存
		memdelete(_data);
	}

	_data = nullptr;
}

	// 析构函数
	_FORCE_INLINE_ ~StringName() {
		if (likely(configured) && _data) { //only free if configured
			unref();
		}
	}

查找函数

StringName StringName::search(const char *p_name) {
	ERR_FAIL_COND_V(!configured, StringName());
	// 判断指针非空
	ERR_FAIL_NULL_V(p_name, StringName());
	// 字符串不以'\0'开头
	if (!p_name[0]) {
		return StringName();
	}

	MutexLock lock(mutex);

	//计算哈希值，进而计算在静态_table中的索引
	uint32_t hash = String::hash(p_name);
	uint32_t idx = hash & STRING_TABLE_MASK;

	_Data *_data = _table[idx];

	// 检索在链表中的结点
	while (_data) {
		// compare hash first
		if (_data->hash == hash && _data->get_name() == p_name) {
			break;
		}
		_data = _data->next;
	}

	// 节点有效 且 引用计数+1
	if (_data && _data->refcount.ref()) {
#ifdef DEBUG_ENABLED
		if (unlikely(debug_stringname)) {
			_data->debug_references++;
		}
#endif
		// 返回
		return StringName(_data);
	}

	return StringName(); //does not exist
}

赋值函数

// 赋值
void StringName::operator=(const StringName &p_name) {
	if (this == &p_name) {
		return;
	}

	// 赋新值，需先减少以前的字符的引用串数
	unref();

	// 引用计数+1
	if (p_name._data && p_name._data->refcount.ref()) {
		_data = p_name._data;
	}
}

一个重要的宏

SNAME(m_arg)用于优化 StringName（字符串名称）对象的创建。在许多编程场景中，频繁地创建和销毁同一字符串名称可能会对性能产生影响，特别是在高性能要求的场合。SNAME 宏通过内部的静态局部变量实现了一种高效的缓存机制，在首次使用时创建并存储特定字符串名称，后续调用时直接返回已创建的实例。

#define SNAME(m_arg) ([]() -> const StringName & { static StringName sname = _scs_create(m_arg, true); return sname; })()

SNAME 宏旨在提升高频率创建特定字符串名称场景下的性能，但在大多数情况下并不推荐滥用，仅在确实需要提高性能的关键路径上使用。

推荐在以下场景使用：

• 在 Control::get_theme_() 和 Window::get_theme_() 等高频主题方法中；
• 在 emit_signal(,..) 和 call_deferred(,..) 等信号关联的方法中；
• 在重写 _set 和 _get 方法时与 StringName 进行比较的情况。