std string原始碼剖析 1 體系結構

一直以來廣大c++使用者對標準庫中std::string褒貶不一,筆者整理了一下,大致是以下幾點

不支援一些常用功能,例如format

有algorithm的情況下.basic_string支援的功能太多,過於冗餘,

缺少編碼資訊,對於寬位元組等有其它的容器,比如wstring,u16string,u32string.

不少地方效率不夠

比起字串更應該叫位元組串,它並不像其他語言一樣唯讀的(string_view).…

種種原因使得我的內心充滿了疑惑,所以決定欣賞下庫的**,我們開始吧

我們首先來看看string到底是什麼

template
<
class
_chart
>
struct char_traits;
template
<
>
struct char_traits<
char
>
;#ifdef _glibcxx_use_wchar_t
template
<
>
struct char_traits<
wchar_t
>
;#endif
#if ((__cplusplus >= 201103l) \
&& defined(_glibcxx_use_c99_stdint_tr1))
template
<
>
struct char_traits<
char16_t
>
;template
<
>
struct char_traits<
char32_t
>
;#endif
_glibcxx_begin_namespace_cxx11
template
<
typename _chart,
typename _traits = char_traits<_chart>
,typename _alloc = allocator<_chart>
>
class
basic_string
;/// a string of @c char
typedef basic_string<
char
> string;
#ifdef _glibcxx_use_wchar_t
/// a string of @c wchar_t
typedef basic_string<
wchar_t
> wstring;
#endif
#if ((__cplusplus >= 201103l) \
&& defined(_glibcxx_use_c99_stdint_tr1))
/// a string of @c char16_t
typedef basic_string<
char16_t
> u16string;
/// a string of @c char32_t
typedef basic_string<
char32_t
> u32string;
#endif

我們終於看到了string的真面目,其實string不是乙個單獨的類它只不過是basic_string這個模板的乙個例項而已,

我們再來看看basic_string是什麼

template < typename _chart, typename _traits, typename _alloc> class basic_string

我們可以看到basic_string模板有三個引數乙個是前面提到的型別,乙個是traits,乙個是alloc

我們乙個乙個來說首先說說traits,我們可以看到在上面的第一欄**中給traits的型別的char_traits,那麼這究竟是什麼呢,我們來看看char_traits的宣告

template
<
typename _chart>
struct char_traits

我們看到其實就是一些型別的宣告剩下的函式就是一些簡單的字元操作

我們再來看看char_traits< char>

template
<
>
struct char_traits<
char
>
static _glibcxx_constexpr booleq(
const char_type& __c1,
const char_type& __c2) _glibcxx_noexcept
....
.}

其實char型別就是乙個全特化其實不僅是char型別的有特化 char16_t,char32_t等也都有至於為什麼要給不同的型別有特化原因就是比較中的memcmp函式使用了不同的版本.

到這裡我們算是清楚了三個模板引數中乙個的含義,就是char_traits,其作用就是對簡單的低階字串操作進行封裝

其實剩下的引數就不必多說,乙個是必要的型別,乙個是alloctor.

我們來細細看看basic_string的內部資料

template
<
typename _chart,
typename _traits,
typename _alloc>
class
basic_string
#else
_alloc_hider
(pointer __dat,
const _alloc& __a)
:allocator_type
(__a)
,_m_p
(__dat)
_alloc_hider
(pointer __dat, _alloc&& __a =
_alloc()
):allocator_type
(std::
move
(__a)),
_m_p
(__dat)
#endif
pointer _m_p;
// the actual data.};
_alloc_hider _m_dataplus;
size_type _m_string_length;
enum
;union..
....
};

其實自npos 前面的型別宣告簡單的了解的話大可不必深究,因為其應用都是有場景的,用的時候自會出現,沒有必有把這個過程反過來去學習,

首先我們看第乙個資料_m_dataplus這個其實就是乙個資料的封裝,把alloctor和string的源資料存放在一起,方便管理,在c++11後支援了右值,

第二個引數就是_m_string_length這個也很好理解,就是當前資料的有效長度,因為指標是從alloctor分配來的,資料不一定會把所有的資料域佔滿

第三個引數就比較有意思了_s_local_capacity本地容量? 奇怪的名字,我們的資料不都是從alloctor中來的嗎,為什麼會出現乙個本地容量, 這就是string的核心之一就是短字串優化,我們可以看看下乙個資料,乙個聯合體,其中有乙個引數我們要多加注意,_m_local_buf[_s_local_capacity + 1],奇怪,為什麼string中會有乙個靜態陣列呢,其實這就是短字串優化,當string中的資料較小時,把資料儲存在靜態陣列中,alloctor就不必進行一次記憶體分配,從而減少一次系統呼叫,減少一次使用者態向核心態的轉換,這就是短字串優化,

最後再來看看_m_allocated_capacity這個引數,其含義就是容量,也就是分配的記憶體大小,很巧妙的設計,當使用靜態記憶體的時候,容量為15,不用計算,當大於15的時候靜態陣列便沒有用了,正好用來記錄容量,至於如何區分使用的記憶體是靜態的還是由alloctor分配的,就是我們的_m_dataplus要做的事了,其中有乙個指標,指向資料,我們只需要在進行短字串優化時把指標指向靜態陣列即可

以上就是string的體系結構部分

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