всегда равен размеру указателя, но этот указатель всегда ссылается на динамически выделенный буфер, содержащий все данные строки: размер, емкость, счетчик ссылок и текущее содержимое. Распределители уровня объекта не поддерживаются. В буфере также хранятся данные, описывающие возможности совместного доступа к содержимому; эта тема здесь не рассматривается, поэтому соответствующий блок на рисунке помечен буквой «X» (если вас интересует, зачем может потребоваться ограничение доступа к данным с подсчетом ссылок, обратитесь к совету 29 «More Effective C++»).
В реализации D
объекты
string
занимают в семь раз больше памяти, чем указатель (при использовании стандартного распределителя памяти). В этой реализации подсчет ссылок не используется, но каждый объект
string
содержит внутренний буфер, в котором могут храниться до 15 символов. Таким образом, небольшие строки хранятся непосредственно в объекте
string
— данная возможность иногда называется «оптимизацией малых строк». Если емкость строки превышает 15 символов, в начале буфера хранится указатель на динамически выделенный блок памяти, в котором содержатся символы строки.
Я поместил здесь эти диаграммы совсем не для того, чтобы убедить читателя в своем умении читать исходные тексты и рисовать красивые картинки. По ним также можно сделать вывод, что создание объекта
string
командами вида
string s("Perse"); // Имя нашей собаки - Персефона, но мы
// обычно зовем ее просто "Перси"
в реализации D обходится без динамического выделения памяти, обходится одним выделением в реализациях A и C и двумя — в реализации B (для объекта, на который ссылается указатель
string
, и для символьного буфера, на который ссылается указатель в этом объекте). Если для вас существенно количество операций выделения/освобождения или затраты памяти, часто связанные с этими операциями, от реализации B лучше держаться подальше. С другой стороны, наличие специальной поддержки синхронизации доступа в реализации B может привести к тому, что эта реализация подойдет для ваших целей лучше, чем реализации A и C, а количество динамических выделений памяти уйдет на второй план. Реализация D не требует специальной поддержки многопоточности, поскольку в ней не используется подсчет ссылок. За дополнительной информацией о связи между многопоточностью и строками с подсчетом ссылок обращайтесь к совету 13. Типичная поддержка многопоточности в контейнерах STL описана в совете 12.
В архитектуре, основанной на подсчете ссылок, все данные, находящиеся за пределами объекта
string
, могут совместно использоваться разными объектами
string
(имеющими одинаковое содержимое), поэтому из приведенных диаграмм также можно сделать вывод, что реализация A обладает меньшими возможностями для совместного использования данных. В частности, реализации B и C допускают совместное использование данных размера и емкости объекта, что приводит к потенциальному уменьшению затрат на хранение этих данных на уровне объекта. Интересно и другое: отсутствие поддержки распределителей уровня объекта в реализации C означает, что это единственная реализация с возможностью использования общих распределителей: все объекты
string
должны работать с одним распределителем! (За информацией о принципах работы распределителей обращайтесь к совету 10.) Реализация D не позволяет совместно использовать данные в объектах
string
.
Один из интересных аспектов поведения string, не следующий непосредственно из этих диаграмм, относится к стратегии выделения памяти для малых строк. В некоторых реализациях устанавливается минимальный размер выделяемого блока памяти; к их числу принадлежат реализации A, C и D. Вернемся к команде
string s ("Perse"); // Строка s состоит из 5 символов
В реализации A минимальный размер выделяемого буфера равен 32 символам. Таким образом, хотя размер s во всех реализациях
равен 5 символам, емкость этого контейнера в реализации A равна 31 (видимо, 32-й символ зарезервирован для завершающего нуль-символа, упрощающего реализацию функции
c_str
). В реализации C также установлен минимальный размер буфера, равный 16, при этом место для завершающего нуль-символа не резервируется, поэтому в реализации C емкость
s
равна 16. Минимальный размер буфера в реализации D также равен 16, но с резервированием места для завершающего нуль-символа. Принципиальное отличие реализации D заключается в том, что содержимое строк емкостью менее 16 символов хранится в самом объекте
string
. Реализация B не имеет ограничений на минимальный размер выделяемого блока, и в ней емкость s равна 7. (Почему не 6 или 5? Не знаю. Простите, я не настолько внимательно анализировал исходные тексты.)
Из сказанного очевидно следует, что стратегия выделения памяти для малых строк может сыграть важную роль, если вы собираетесь работать с большим количеством коротких строк и (1) в вашей рабочей среде не хватает памяти или (2) вы стремитесь по возможности локализовать ссылки и пытаетесь сгруппировать строки в минимальном количестве страниц памяти.
Конечно, в выборе реализации
string
разработчик обладает большей степенью свободы, чем кажется на первый взгляд, причем эта свобода используется разными способами. Ниже перечислены ишь некоторые переменные факторы.
• По отношению к содержимому
string
может использоваться (или не использоваться) подсчет ссылок. По умолчанию во многих реализациях подсчет ссылок включен, но обычно предоставляется возможность его отключения (как правило, при помощи препроцессорного макроса). В совете 13 приведен пример специфической ситуации, когда может потребоваться отключение подсчета ссылок, но такая необходимость может возникнуть и по другим причинам. Например, подсчет ссылок экономит время лишь при частом копировании строк. Если в приложении строки копируются редко, затраты на подсчет ссылок не оправдываются.
• Объекты
string
занимают в 1-7 (по меньшей мере) раз больше памяти, чем указатели
char*
.
• Создание нового объекта
string
может потребовать нуля, одной или двух операций динамического выделения памяти.
• Объекты
string
могут совместно использовать данные о размере и емкости строки.
• Объекты
string
могут поддерживать (или не поддерживать) распределители памяти уровня объекта.
• В разных реализациях могут использоваться разные стратегии ограничения размеров выделяемого блока.
Только не поймите меня превратно. Я считаю, что контейнер
string
является одним из важнейших компонентов стандартной библиотеки и рекомендую использовать его как можно чаще. Например, совет 13 посвящен возможности использования
string
вместо динамических символьных массивов. Но для эффективного использования STL необходимо разбираться во всем разнообразии реализаций
string
, особенно если ваша программа должна работать на разных платформах STL при жестких требованиях к быстродействию.
Кроме того, на концептуальном уровне контейнер
string
выглядел предельно просто. Кто бы мог подумать, что его реализация таит столько неожиданностей?
Совет 16. Научитесь передавать данные vector и string функциям унаследованного интерфейса
С момента стандартизации C++ в 1998 году элита C++ настойчиво подталкивает программистов к переходу с массивов на vector. Столь же открыто пропагандируется переход от указателей
char*
к объектам
string
. В пользу перехода имеются достаточно веские аргументы, в том числе ликвидация распространенных ошибок программирования (совет 13) и возможность полноценного использования всей мощи алгоритмов STL (совет 31).