关于std::string动作的实现

Question

我正在调查移动

std::string

的性能。在很长一段时间里，我认为字符串移动几乎是免费的，认为编译器会内联所有内容，并且只涉及一些廉价的赋值。

事实上，我对于移动的心理模型就是字面上的

string& operator=(string&& rhs) noexcept
{
    swap(*this, rhs);
    return *this;
}

friend void swap(string& x, string& y) noexcept
{
    // exposition only
    unsigned char buf[sizeof(string)];
    memcpy(buf, &x, sizeof(string));
    memcpy(&x, &y, sizeof(string));
    memcpy(&y, buf, sizeof(string));
}

据我所知，如果将

memcpy

更改为分配各个字段，这就是合法的实现。

令我非常惊讶的是，发现 gcc 的移动实现涉及 创建一个新字符串 并且 可能会由于分配而抛出，尽管是

noexcept

。

这符合吗？同样重要的是，我不应该认为搬家几乎是免费的吗？

---

令人困惑的是，

std::vector<char>

编译下来达到了我的预期。

clang 的实现有很大不同，尽管有一个可疑的

std::string::reserve

Answer 1

我只分析了GCC的版本。发生的事情是这样的：代码处理不同类型的分配器。如果分配器具有

_S_propagate_on_move_assign

或

_S_always_equal

的特征，那么正如您所期望的，移动几乎是免费的。这是移动中的

if

operator=

：

if (!__str._M_is_local()
    && (_Alloc_traits::_S_propagate_on_move_assign()
      || _Alloc_traits::_S_always_equal()))
          // cheap move
else assign(__str);

如果条件为真（

_M_is_local()

表示小字符串，描述这里），那么此举很便宜。

如果为 false，则调用 normal

assign

（不是移动的）。出现以下任一情况时就会出现这种情况：

• 字符串很小，所以

  assign

  会做一个简单的memcpy（便宜）
• 或者分配器没有特征 always-equal 也没有 propagate-on-move-assign，所以分配 will allocate （不便宜）

这是什么意思？

这意味着，如果您使用默认分配器（或任何具有前面提到的特征的分配器），那么 move 仍然几乎是免费的。

另一方面，生成的代码不必要地庞大，我认为可以改进。它应该有一个单独的代码来处理常用的分配器，或者有一个更好的

assign

代码（问题是

assign

不检查

_M_is_local()

，但它会进行容量检查，因此编译器无法决定是否存在是否需要分配，因此它不必要地将分配代码路径放入可执行文件中 - 您可以在源代码中查看确切的详细信息）。

Answer 2

不完全是一个答案，但这是 C++11 的新实现

std::string

，没有引用计数器，并且采用小字符串优化，导致大量汇编。特别是，小字符串优化导致 4 个分支处理移动分配的源和目标长度的 4 种不同组合。

添加

-D_GLIBCXX_USE_CXX11_ABI=0

选项以使用带有引用计数器且没有小字符串优化的 pre C++-11

std::string

汇编代码看起来好多了。

---

我不应该认为搬家几乎是免费的吗？

在 Roger Orr 的没有什么比复制或移动更好的演讲中，幻灯片第 47 页上写道：

复制与移动对比

• 许多人错误地认为搬家实际上是“免费”的
• 复制和移动之间的性能差异差异很大
• 对于原始类型，例如 int，复制或移动实际上是相同的
• 当只需要传输对象的一部分来传输整个值时，移动比复制更快