C/C++字符串处理(2):String - 常字符串
2008-03-23 21:20
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C/C++字符串处理(2):String - 常字符串
许式伟2008-3-23
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概要
理解String(BasicString)
关于TempString基类
源码
参考阅读
概要
我们知道,C++标准库(STL)提供了string(basic_string)类进行字符串操作。字符串很可能除了内存分配器(allocator)1外使用最为频繁的STL类。但是C++社区对string的指责从来就没有停止过。归纳起来,STL的string类主要有以下这些争议点:
接口过多且规格和其他STL容器没有达成很好的一致性。例如,string::find使用下标,而不是以iterator作为迭代位置,这和其他容器不太一样。
内存碎片。由于过于频繁的字符串构造、析构,导致系统的内存碎片现象严重。
Copy -On-Write与多线程安全。string(basic_string)基于Copy-On-Write技术的原因,是因为 string的赋值被设计成为低开销的。但是一旦考虑到多线程安全问题,Copy-On-Write会把大量的时间花在锁的开销上。一些新的STL实现 (如SGI STL)放弃了基于Copy-On-Write的string实现。
我认同这些指责。字符串最好的设计,还是将string分拆为一个常字符串(std::String)和一个字符串操作类(StringBuilder)。我们的StdExt库这样做了。
理解String(BasicString)
StdExt的String(BasicString),和你以前见过的所有字符串类都不太一样。这个类比你想象的还要简单,它只有两个成员变量:template <class _E> class BasicString { const _E* m_pszBuf; size_t m_length; };
它区别于string(basic_string)之处在于:
它是一个常字符串,它永远不会试图去篡改字符串内容(m_pszBuf指向的数据)。
它没有析构,你可以认为其实只是一个结构体。当然,为了方便,BasicString还是有构造函数。
它的m_pszBuf不以nil为结束。而是由m_length成员限定字符串的长度。
它不维护字符串内容(m_pszBuf)的生命周期。如上所述,它没有析构,任何时刻它只是接受或者生成字符串内容,但是不负责销毁它。
最后一点非常重要,也是它的特别之处:它并不维护字符串的生命周期。这可能让你诧异:居然会有这样字符串类,它并不管理字符串的生命周期。
但是我们这样做了。而这的确给我们带来很多便利。例如:
赋值(复制)、子串(substr)是非常轻量的操作。Copy-On-Write技术完全是多余的。
可以将任意的线性容器(如std::vector、std::basic_string)临时转换为String(非常轻量)。参见下文中对String::cast方法的介绍。
为什么String类可以不管理自己的生命周期?这就是我们StdExt的内存管理变革倡导的思想了。
浏览下String类的参考手册,你注意到有这样两个构造函数:
BasicString(const value_type* pszVal, size_type cch); template <class AllocT> BasicString(AllocT& alloc, const value_type* pszVal, size_type cch);
这表示:第一个构造函数传入的pszVal,其生命周期比BasicString长(到BasicString析构时仍然有效)。而第二个构造函数的意思是,pszVal是一个临时有效的字符串,这个构造函数将拷贝一个pszVal字符串的副本。
为什么不支持 BasicString(const value_type* pszVal) 这样的构造?
很简单,这个构造过于危险,我不能确定你的意图是什么。
关于TempString基类
从字面意思来讲,这是一个临时字符串类。为什么它会是String(即BasicString)的基类?这其实只是实现上的需要。TempString理论上就是String(只是有特殊的生命周期),和BasicString规格一致。之所以它最后成为BasicString的基类,完全是实现上方便的考虑。以BasicString::compare为例,我们考察以下这个函数:
int BasicString::compare(const TempString<_E> b) const;
这个函数的含义非常丰富。相当于定义了以下这一系列的函数:
int BasicString::compare(const _E& b) const; // 与包含单个字符b的字符串比较 int BasicString::compare(const _E* b) const; // 与C Style风格的字符串b比较 int BasicString::compare(const basic_string<_E>& b) const; // 与STL string比较 int BasicString::compare(const BasicString<_E>& b) const; // 与另一个常String比较 int BasicString::compare(const vector<_E>& b) const; // 与向量表示的字符串b比较 int BasicString::compare(const BasicStringBuilder<_E>& b) const;
一个函数可抵6个函数!
你已经看到,BasicString中大量使用TempString来进行规格定义。这种方式的代码伸缩性无疑相当好。TempString的构造每增加一种线性字符串的支持,BasicString的所有相关操作即可立即支持该类型的字符串表示。
为了进一步说明这种做法的好处,我们再以字符串连接(concat)作为例子进行说明:
template <class AllocT, class _E> // 多个字符串连接。 BasicString<_E> concat(AllocT& alloc, TempString<_E> a1, TempString<_E> a2, ...);
concat并非是BasicString类的成员函数。而是与BasicString有密切关系的全局函数。对于STL string类,你通常被推荐用operator+或者string::append函数来进行字符串连接。如:
std::string a = std::string("Hello") + " " + "world" + "!!!";
而对应地,BasicString并无operator+或者append,它使用全局的std::concat函数进行字符串连接。如下:
std::String a = std::concat(alloc, "Hello", " ", "world", "!!!");
有意思的是,这个std::concat不只可以高效地连接任意多的字符串,而且,它还可以连接高效地连接各种线性的字符串表示,包括:char*, std::string, std::vector<char>, std::String, std::StringBuilder等。例如:
std::string hello = "Hello"; std::String space(" ", 1); std::vector<char> excalmatory_mark(3, '!'); std::String a = std::concat(alloc, hello, space, "world", excalmatory_mark);
这其中的奥秘,全在TempString上。关于std::TempString的详细说明,参见TempString。
源码
stdext/text/TempString.hstdext/text/BasicString.h
StdExt库的工程主页:http://code.google.com/p/stdext/
参考阅读
StringTempString
concat
std::string
Footnotes
1. C++的内存分配器(allocator)有点奇怪,虽然处处用到它,但是多数程序员对它很陌生。关于这方面的话题,参阅《C++内存管理专题》。
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