C性能优化系列专题1优化string的使用（上）

　　0、前言
　　std::string 是 c++ 中经常使用的数据结构，然而并不是每个人都能高效地使用它。本文将以一个例子带你一步步去优化 std::string 的使用。1、std::string 的特点
　　字符串是动态分配的。任何会使字符串变长的操作，如在字符串后面再添加一个字符或字符串，都可能会使字符串的长度超出它内部的缓冲区大小。当发生这种情况时，操作会从内存管理器中获取一块新的缓冲区，并将字符串复制到新的缓冲区中。类似 std::vector.
　　字符串就是值。在赋值语句和表达式中，字符串的行为与值是一样的。如果你使用 s1 = s2 + s3 + s4 这条语句连接字符串，那么 s2 + s3 的结果会被保存在一个新分配的临时字符串中，连接 s4 后的结果会被保存在另一个临时字符串中。这个值将会取代 s1 之前的值。接着，为第一个临时字符串和 s1 之前的值动态分配的内存将会被释放。这会导致多次调用内存管理器。2、使用 std::string 的例子#include  #include  using namespace std::chrono;  class TimerBase { public:     // 初始化定时器     TimerBase() : m_start(system_clock::time_point::min()) {}      // 清除计时器     void Clear() {         m_start = system_clock::time_point::min();     }      // 如果计时器正在计时，则返回true     bool IsStarted() const {         return (m_start.time_since_epoch() != system_clock::duration(0));     }      // 启动计时器     void Start() {         m_start = system_clock::now();     }      // 得到自计时开始后的毫秒值     unsigned long PrintElapsedMs() {         if (IsStarted()) {             system_clock::duration diff;             diff = system_clock::now() - m_start;             std::cout << (unsigned)(duration_cast(diff).count());         }         return 0;      }  private:     system_clock::time_point m_start; };  std::string remove_ctrl(std::string s) {     std::string result;     // result.reserve(s.length());     for (int i=0; i= 0x20) {             result = result + s[i];             // result += s[i];         }     }     return result; }  int main() {     TimerBase tb;     tb.Start();     std::string test_str = ＂＂;     for(size_t i = 0; i < 100000; i++) {         test_str += ＂a＂;     }     remove_ctrl(test_str);     tb.PrintElapsedMs();     return 0; }
　　上述代码中，实现了一个计时的类 TimerBase，然后自定义了一个函数 remove_ctrl，测试发现，该函数调用 100000 次，共耗时 486 ms.2.1、第一次优化：使用复合赋值操作避免临时字符串result += s[i]
　　测试发现：耗时 3 ms ，性能提升 100 倍之多。2.2、第二次优化：通过预留存储空间减少内存的重新分配std::string remove_ctrl(std::string s) {     std::string result;     result.reserve(s.length());     for (int i=0; i= 0x20) {             // result = result + s[i];             result += s[i];         }     }     return result; }
　　测试发现：耗时 1 ms 2.3、第三次优化：消除对参数字符串的复制std::string remove_ctrl(std::string const& s) {     std::string result;     result.reserve(s.length());     for (int i=0; i= 0x20) {             // result = result + s[i];             result += s[i];         }     }     return result; }
　　测试发现：耗时 2.5 ms 。what？性能还下降了，到底是为什么呢？虽然省了一次内存分配，但是，程序解引用指针带来了额外开销。2.4、第四次优化：使用迭代器消除指针解引std::string remove_ctrl(std::string const& s) {     std::string result;     result.reserve(s.length());     for (auto it = s.begin(), end = s.end(); it != end; ++it) {         if (*it > 0x20) {             result += *it;         }     }     return result; }
　　测试发现：耗时 2 ms ，使用迭代器，节省了解引用操作，的确带来了性能提升。2.5、第五次优化：用字符数组代替字符串char* remove_ctrl(char* dst, char const* src, size_t size) {     for (size_t i = 0; i < size; i++) {         if(src[i] > 0x20) {             *dst++ = src[i];         }         *dst = 0;     }     return dst; }
　　测试发现：耗时 0.5 ms ，效率惊人！获得这种改善效果的原因之一是移除了若干函数调用以及改善了缓存局部性。3、总结
　　第二章使用了 5 种小的优化手段，让我们明白了哪种优化手段最有效。在下一篇文章中，我们将继续优化，主要手段有：使用更好的算法、使用更好的编译器、使用更好的字符串库、使用更好的内存分配器。