用于替换std :: string中字符的最快(也是最安全)的方法

Question

我必须在长字符串中替换一些(固定)字符数量:我想知道什么是最快但标准的符合方式.

这是一个包含6种不同方法的示例代码; 在方法的注释中,我添加了在测试环境中执行操作100万次的时间(以毫秒为单位),并启用了优化.

const char* pluto = "Cia1234567Ciao!";
std::string rep = "87654321";
std::string r1 = pluto, r2 = pluto, r3 = pluto, r4 = pluto, r5 = pluto, r6 = pluto;

// (1) 300 msec
r1.replace(3, 7, rep.substr(1));  

// (2) 40 msec
std::copy(rep.begin() + 1, rep.end(), r2.begin() + 3);

// (3) 32 msec
for (int i = 1; i < 8; ++i)
    r3[2 + i] = rep[i];

// (4) 14 msec
{
    const char *c = rep.c_str() + 1;
    for (int i = 0; i < 7; ++i)
        r4[3 + i] = *c++;
}

// (5) 3 msec (BEST)
memcpy(&r5[3], &rep[1], 7);

// (6) 100 msec
r6.replace(3, 7, rep.c_str() + 1);

所以最快的方式似乎是(5),但我担心这种方法可能无法正常使用std::string许多编译器使用的"写时复制" 优化.

恕我直言(5)也更具可读性.

我不知道为什么(4)快两倍,(3),我认为operator[]的std::string是相当优化...

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更新:

阅读评论后,我更新了我的代码以使用谷歌基准库,(3)和(4)的结果似乎是相同的,其他差异仍然适用:

Run on (2 X 3000 MHz CPU s)
2015-11-24 14:46:50
Benchmark                   Time(ns)    CPU(ns) Iterations
-----------------------------------------------------------
(1) bench_replace_substr        293        264     2651515
(2) bench_std_copy               39         39    19662921
(3) bench_op_bracket             15         15    39772727
(4) bench_op_bracket_2           15         15    44871795
(5) bench_memcpy                  4          4    75000000
(6) bench_replace                80         80     8333333

所以(3)和(4)的差异消失了,但其余的结果是相同的:)

Answer 1

使用的方法memcpy至少从 C++11 起就符合标准，因为

1. 正如本答案std::string中所解释的，不允许写入时复制实现，因为它违反了迭代器/引用的标准失效要求。

2. std::string的字符存储在连续的内存中，引用21.4.1.5：

   basic_string 对象中的类字符对象应连续存储。也就是说，对于任何 basic_string 对象 s，恒等式 &*(s.begin() + n) == &*s.begin() + n 对于 n 的所有值都成立，使得 0 <= n < s.size ()。

因此，它是您列表中最快的符合标准的方法（至少根据您的基准测试结果）。

事实上，即使使用不符合标准的写时复制实现，这也应该是安全的，因为非常量operator[]应该复制字符串，例如：

std::string s1("foo");
std::string s2 = s1;
std::cout << static_cast<const void*>(s1.data()) << " "
          << static_cast<const void*>(s2.data()) << "\n";
s2[0];
std::cout << static_cast<const void*>(s1.data()) << " "
          << static_cast<const void*>(s2.data()) << "\n";

印刷

0x1782028 0x1782028
0x1782028 0x1782058

当我使用 gcc 4.8.4 和相当旧版本的 libstdc++ 编译它并运行时。请注意，调用非 const 后指针会有所不同，operator[]这意味着数据已被复制。

知道 non-constoperator[]在 COW 实现中做了一些检查，通过调用 const 可能会加快速度operator[]：

const std::string &crep = rep;
memcpy(&r5[3], &crep[1], 7);

这在我的系统上确实更快：

Benchmark              Time(ns)    CPU(ns) Iterations
-----------------------------------------------------
bench_memcpy_const            2          2  314215561 
bench_memcpy                  3          3  276899830