C++17 std::string view

std::string_view 是 C++17 引入的一个轻量级、非拥有（non-owning）的字符串视图类，用于高效地处理字符串数据而无需复制。它提供了一种安全且高效的方式来访问字符串，无论是 C 风格字符串（`const char*`）、C++ `std::string` 还是其他字符序列。

介绍

`std::string_view` 是一个只读视图，它不管理内存，也不负责分配或释放内存。它仅仅是对现有字符串的引用，因此它的构造和操作非常高效。它的主要优点包括：

• 零拷贝：避免不必要的字符串复制。
• 高效：构造和析构成本极低。
• 兼容性：可以接受多种字符串类型（`std::string`、`const char*`、字符数组等）。
• 安全性：提供边界检查（如 `substr` 方法）。

基本用法

以下是一个简单的示例，展示 `std::string_view` 的基本使用方式：

#include <iostream>
#include <string>
#include <string_view>

int main() {
    std::string str = "Hello, C++17!";
    std::string_view sv(str); // 从 std::string 构造

    // 输出 string_view 的内容
    std::cout << "string_view: " << sv << std::endl;

    // 获取子串
    std::string_view sub = sv.substr(0, 5);
    std::cout << "substring: " << sub << std::endl;

    // 从 C 风格字符串构造
    const char* cstr = "C-style string";
    std::string_view sv2(cstr);
    std::cout << "C-string view: " << sv2 << std::endl;

    return 0;
}

输出：

string_view: Hello, C++17!
substring: Hello
C-string view: C-style string

关键特性

• 非拥有语义：`std::string_view` 不管理内存，因此原始字符串的生命周期必须比 `string_view` 更长。
• 高效构造：构造 `string_view` 几乎不涉及内存分配或复制。
• 支持标准操作：如 `size()`、`empty()`、`substr()`、`find()` 等。

实际应用场景

`std::string_view` 在以下场景中非常有用： 1. 解析字符串：避免复制大字符串。 2. 函数参数：代替 `const std::string&` 或 `const char*`，提高性能。 3. 日志处理：高效地传递和操作日志消息。

示例：解析 CSV 行

以下代码展示如何使用 `std::string_view` 高效解析 CSV 行：

#include <iostream>
#include <string_view>
#include <vector>

std::vector<std::string_view> split_csv_line(std::string_view line) {
    std::vector<std::string_view> tokens;
    size_t start = 0;
    size_t end = line.find(',');

    while (end != std::string_view::npos) {
        tokens.push_back(line.substr(start, end - start));
        start = end + 1;
        end = line.find(',', start);
    }
    tokens.push_back(line.substr(start));
    return tokens;
}

int main() {
    std::string csv_line = "apple,banana,cherry,date";
    auto tokens = split_csv_line(csv_line);

    for (const auto& token : tokens) {
        std::cout << "Token: " << token << std::endl;
    }

    return 0;
}

输出：

Token: apple
Token: banana
Token: cherry
Token: date

与 `std::string` 的比较

特性	`std::string`	`std::string_view`
内存管理	拥有内存（分配/释放）	不拥有内存（仅引用）
构造成本	可能涉及内存分配	极低（仅存储指针和长度）
修改能力	可修改内容	只读视图
适用场景	需要修改或长期存储字符串	只读访问或临时处理字符串

注意事项

• 生命周期问题：`std::string_view` 必须确保引用的字符串在其使用期间有效。
• 不支持修改：`string_view` 是只读的，不能用于修改原始字符串。
• 不适用所有场景：如果需要长期存储或修改字符串，仍应使用 `std::string`。

性能优势

`std::string_view` 避免了不必要的内存分配和复制，特别适合高频调用的函数或处理大字符串的场景。例如：

// 低效：可能涉及临时 string 的构造
void process_string(const std::string& str);

// 高效：避免复制
void process_string_view(std::string_view sv);

总结

`std::string_view` 是 C++17 引入的一个强大工具，用于高效处理字符串数据。它特别适合只读操作和临时字符串处理，但使用时需注意生命周期问题。在性能敏感的场景中，合理使用 `string_view` 可以显著提升程序的效率。

graph LR A[原始字符串] -->|引用| B(std::string_view) B --> C[高效访问] B --> D[零拷贝] B --> E[只读操作]