序言
何谓StringPiece?
StringPiece的常见使用场景
源码剖析StringPiece
BasicStringPiece模板
构造函数
容量相关函数
数据修改函数
修改其他字符串的函数
数据访问函数
比较函数
查找函数
截取子串
返回string对象
从StringPiece到string_view
备胎转正
API的差异
如果你没有C++14/17
在brpc源码的src目录下,有一级子目录名为butil。代码中的util目录一般就是存放常用的工具类或函数的地方。今天我们来聊一下butil/strings/string_piece.h(cpp) 中的StringPiece类。
其实brpc项目中的StringPiece并非brpc原创,而是从Google的Chromium项目中拿过来的。
可以看下该文件的开头的注释:
// Copyright (c) 2012 The Chromium Authors. All rights reserved.
// Use of this source code is governed by a BSD-style license that can be
// found in the LICENSE file.
// Copied from strings/stringpiece.cc with modifications
因为Chromium项目是以BSD开源协议发布的,所以brpc拿过来用,其实并没有问题。只需要保留原项目的BSD协议声明即可。
其实StringPiece并不新鲜,在很多C++项目中都能见到类似的字符串工具类的身影。
项目 (类名) | 源码在线阅读地址 |
---|---|
chromium (StringPiece) | https://github.com/chromium/chromium/blob/master/base/strings/string_piece.h |
llvm (StringRef) | https://github.com/llvm-mirror/llvm/blob/master/include/llvm/ADT/StringRef.h |
boost (string_ref) | https://github.com/boostorg/utility/blob/master/include/boost/utility/string_ref.hpp |
folly (StringPiece) | https://github.com/facebook/folly/blob/main/folly/Range.h |
pcre (StringPiece) | https://opensource.apple.com/source/pcre/pcre-4.1/pcre/pcre_stringpiece.h.in.auto.html |
leveldb (Slice) | https://github.com/google/leveldb/blob/master/include/leveldb/slice.h |
abseil (string_view) | https://github.com/abseil/abseil-cpp/blob/master/absl/strings/string_view.h |
boost (string_view) | https://github.com/boostorg/utility/blob/master/include/boost/utility/string_view.hpp |
其中boost的string_ref实现方式是参考的llvm的StringRef以及谷歌发布的这个提案:string_ref: a non-owning reference to a string
http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2012/n3442.html
brpc采用了Chromium的实现,muduo采用了pcre的实现。这两个几乎是照搬的源码(brpc仅微调),故不列到上面的表格中了。
StringPiece和普通std::string的最大不同之处是,它并不持有数据!俗称是StringPiece没有数据的所有权。它存储的是外部字符串的数据指针,而自己并没有开辟空间在存储这份数据(字符串)。因此StringPiece中数据的生命周期并不和StringPiece等价,而是依旧和传入的数据指针的来源一致。
比如下面这段代码就是高危操作:
StringPiece foo() {
std::string str = "xxx";
...
return StringPiece (str); // 函数返回时,StringPiece持有的数据(属于str)已经析构
}
void bar() {
StringPiece sp = foo(); // 后面再通过sp访问其中的字符串时危险的
cout<<sp.data() << endl; // 危险!
}
看完上面例子,你会不会感觉StringPiece太危险了,那它存在有必要吗?答案是肯定的,因为有时候尽管我们需要字符串中的一段数据,但并不需要潜在的字符串拷贝。最常见的例子就是字符串拆分的时候。、字符串切分是一个高频操作,在NLP领域,这个操作被称为tokenize,切分出来的单词称为token。
但C++没有像其他语言一样提供官方的std::string的split()函数,为此各种实现五花八门。比如这种:
void split(std::vector<std::string> &vec, const std::string& str, const std::string& sep) {
size_t start = str.find_first_not_of(sep);
size_t end;
while (start != std::string::npos) {
end = str.find_first_of(sep, start + 1);
if (end == std::string::npos) {
//vec.push_back(str.substr(start));
vec.emplace_back(str, start);
break;
} else {
//vec.push_back(str.substr(start, end - start));
vec.emplace_back(str, start, end - start);
}
start = str.find_first_not_of(sep, end + 1);
}
}
这里其实就是会产生临时字符串拷贝的开销,每个被切割出来的token字符串都会拷贝到vector容器中。但有时候在我们接下来的使用观察中,我们对于切分好的token其实并不会去修改它,都是只读操作。
换句话说我们只是观测它而已,那么我们完全没必要这么多token的拷贝!这时候StringPiece就派上用场了。你可以将传入的string,赋值给一个StringPiece对象,然后让StringPiece去参与split的过程,最后存储到vector的容器中。
这样整个过程完全没有字符串拷贝的开销。当然如果你split完的字符串,后续你需要修改它,那么用StringPiece依旧是危险的。
下面针对StringPiece源码的解读是基于brpc中代码,也就是Chromium的实现来展开。这一节很长,你可能感觉枯燥,你可以根据目录,选择性地查看相关内容。
StringPiece其实是BasicStringPiece类模板用std::string实例化后的类型:
typedef BasicStringPiece<std::string> StringPiece;
来看BasicStringPiece模板的定义:
template <typename STRING_TYPE> class BasicStringPiece {
public:
// Standard STL container boilerplate.
typedef size_t size_type;
typedef typename STRING_TYPE::value_type value_type;
typedef const value_type* pointer;
typedef const value_type& reference;
typedef const value_type& const_reference;
typedef ptrdiff_t difference_type;
typedef const value_type* const_iterator;
typedef std::reverse_iterator<const_iterator> const_reverse_iterator;
static const size_type npos;
...
先记住两个类型:
再看看唯二的成员变量:
protected:
const value_type* ptr_;
size_type length_;
一个指针ptr_指向字符串数据,还有一个length_标记该字符串的长度。一个指针类型,一个size_type类型,所以StringPiece基本就是两个long的大小,轻量的很。
再来看看它的构造函数:
BasicStringPiece() : ptr_(NULL), length_(0) {}
BasicStringPiece(const value_type* str)
: ptr_(str),
length_((str == NULL) ? 0 : STRING_TYPE::traits_type::length(str)) {}
BasicStringPiece(const STRING_TYPE& str)
: ptr_(str.data()), length_(str.size()) {}
BasicStringPiece(const value_type* offset, size_type len)
: ptr_(offset), length_(len) {}
BasicStringPiece(const BasicStringPiece& str, size_type pos, size_type len = npos)
: ptr_(str.data() + pos), length_(std::min(len, str.length() - pos)) {}
BasicStringPiece(const typename STRING_TYPE::const_iterator& begin,
const typename STRING_TYPE::const_iterator& end)
: ptr_((end > begin) ? &(*begin) : NULL),
length_((end > begin) ? (size_type)(end - begin) : 0) {}
可以看出StringPiece支持传入C风格字符串(const char*),也支持传入std::string。甚至你也可以指定传入的std::string的起始位置以及长度。也就是说StringPiece不必持有全部的原始std::string的字符串,而是可以只取其一段。当然普通的std::string的构造函数也支持传入另外一个std::string并指定其起始位置和长度,但是std::string的做法是将原字符串的这一小段字符串拷贝到自己的堆存储中来,后面就和原字符串没有瓜葛了。但StringPiece却不会做这个拷贝操作,所以它依旧和原始字符串藕断丝连!
这里指的一提的是当只传入const char*,不指定长度的时候。StringPiece会调用string::traits_type::length()函数来计算长度。
http://www.cplusplus.com/reference/string/char_traits/length
Get length of null-terminated stringReturns the length of thenull-terminatedcharacter sequences.
返回的是'\0'结尾的字符串的长度。如果你传入的const char*类型的字符串中间有'\0'会被截断。
const value_type* data() const { return ptr_; }
size_type size() const { return length_; }
size_type length() const { return length_; }
bool empty() const { return length_ == 0; }
...
size_type max_size() const { return length_; }
size_type capacity() const { return length_; }
这是几个比较简单的函数。需要这里的是data()返回的就是持有的字符串的指针,这段数据的中间也可能是存在\0的,比如size()是10,但是在第5个字符处是\0,这也是完全有可能的。这一点和普通的std::string其实也一样。
另外size()
、length()
、max_size()
、capacity()
这4个函数返回的都是length_
,他们的值是相同的。这点和std::string是不同的。
void clear() {
ptr_ = NULL;
length_ = 0;
}
clear()也很简单,只是单纯的将两个成员变量清零而已。StringPiece是没有resize()、reserve() 函数的。
BasicStringPiece& assign(const BasicStringPiece& str, size_type pos, size_type len = npos) {
ptr_ = str.data() + pos;
length_ = std::min(len, str.length() - pos);
return *this;
}
void set(const value_type* data, size_type len) {
ptr_ = data;
length_ = len;
}
void set(const value_type* str) {
ptr_ = str;
length_ = str ? STRING_TYPE::traits_type::length(str) : 0;
}
StringPiece可以从另外一个StringPiece通过assign()
或set()
函数来修改自己的数据。但是全程也都是修改自己的两个成员而已,并没有数据拷贝。
void remove_prefix(size_type n) {
ptr_ += n;
length_ -= n;
}
void remove_suffix(size_type n) {
length_ -= n;
}
这两个函数表面上是移除字符串的前缀或后缀中的n个字符。实际也只是做的指针和长度的修改而已。修改后缀的时候,不需要调整ptr_
。
相关的还有一个移除前后空格的trim_spaces()
函数,本质是对前面两个函数的调用。
// Remove heading and trailing spaces.
void trim_spaces() {
size_t nsp = 0;
for (; nsp < size() && isspace(ptr_[nsp]); ++nsp) {}
remove_prefix(nsp);
nsp = 0;
for (; nsp < size() && isspace(ptr_[size()-1-nsp]); ++nsp) {}
remove_suffix(nsp);
}
StringPiece还支持修改其他的字符串。
// 将StringPiece指向的这段字符串覆盖到target指向的位置
void CopyToString(STRING_TYPE* target) const {
internal::CopyToString(*this, target);
}
// 将StringPiece指向的这段字符串追加到target指向的位置
void AppendToString(STRING_TYPE* target) const {
internal::AppendToString(*this, target);
}
// 将StringPiece指向的这段字符串从pos位置开始复制n个字符到buf开始的位置中
size_type copy(value_type* buf, size_type n, size_type pos = 0) const {
return internal::copy(*this, buf, n, pos);
}
这三个不一一展开介绍了。CopyToString()
本质是调用的std::string的assign()
函数。AppendToString()
本质是调用的std::string的append()
函数。copy本质调用的是memcpy()
。
value_type operator[](size_type i) const { return ptr_[i]; }
可以通过下标运算符[]来访问StringPiece中的单个元素(即字符),这个函数和std::string是有区别的,下面这个是std::string中的定义:
reference operator[] (size_type pos);
const_reference operator[] (size_type pos) const;
不同之一就是std::string支持const和非const两个重载,而StringPiece只有const版本。也就是无法通过[]来修改原类型的。其二就是std::string返回的都是引用(const版本是const引用),而StringPiece返回的值类型。这也不难理解,主要目的就是让Stringpiece的[]返回的单个字符和原字符串的生命周期解耦。(StringPiece内心OS:整个字符串的生命周期都是你的了,单个字符还是我说了算吧,不然也太不安全了)
其他访问函数还有:
char front() const { return *ptr_; }
char back() const { return *(ptr_ + length_ - 1); }
// Return the first/last character, 0 when StringPiece is empty.
char front_or_0() const { return length_ ? *ptr_ : '\0'; }
char back_or_0() const { return length_ ? *(ptr_ + length_ - 1) : '\0'; }
支持front()
、back()
直接返回首尾元素,同样是const函数,且返回的是值。和普通std::string不同。比std::string多两个函数:front_or_0()
和back_or_0()
,他们是当字符串长度为0的时候,返回一个'\0'字符。
StringPiece也支持迭代器访问:
const_iterator begin() const { return ptr_; }
const_iterator end() const { return ptr_ + length_; }
const_reverse_iterator rbegin() const {
return const_reverse_iterator(ptr_ + length_);
}
const_reverse_iterator rend() const {
return const_reverse_iterator(ptr_);
}
可以正向遍历,也可以逆向遍历。但无一例外,也都是const函数,返回const迭代器。
比较函数分为大类,一类是类内定义的成员函数,另外一类是类外定义的比较运算符的重载函数。先说第一类:
// Does "this" start with "x"
bool starts_with(const BasicStringPiece& x) const {
return ((this->length_ >= x.length_) &&
(wordmemcmp(this->ptr_, x.ptr_, x.length_) == 0));
}
// Does "this" end with "x"
bool ends_with(const BasicStringPiece& x) const {
return ((this->length_ >= x.length_) &&
(wordmemcmp(this->ptr_ + (this->length_-x.length_),
x.ptr_, x.length_) == 0));
}
这两个函数在std::string中是没有的。在定义中不难看出都是调用的wordmemcmp():
static int wordmemcmp(const value_type* p,
const value_type* p2,
size_type N) {
return STRING_TYPE::traits_type::compare(p, p2, N);
}
对于StringPiece而言,最终还是调用的这个C++标准中的traits函数:char_traits::compare
对应的这个实现:
static int compare (const char_type* p, const char_type* q, size_t n) {
while (n--) {if (!eq(*p,*q)) return lt(*p,*q)?-1:1; ++p; ++q;}
return 0;
}
其中eq和lt分别表示如何判断两个元素(字符)是否相等以及是否小于。对于字符而言这并不难。
现在说一下第二类,在StringPiece类外主要定义了operator==
和operator<
两个运算符。
bool operator==(const StringPiece& x, const StringPiece& y) {
if (x.size() != y.size())
return false;
return StringPiece::wordmemcmp(x.data(), y.data(), x.size()) == 0;
}
inline bool operator<(const StringPiece& x, const StringPiece& y) {
const int r = StringPiece::wordmemcmp(
x.data(), y.data(), (x.size() < y.size() ? x.size() : y.size()));
return ((r < 0) || ((r == 0) && (x.size() < y.size())));
}
可以看出他们还是在调用wordmemcmp()
来完成比较。有了这两个函数以后,那剩下的 !=
、>
、>=
、<=
就能能实现了。这里不赘述了。这一部分可以看出StringPiece在进行比较的时候并没有什么新意。核心部分还是C++库中已经实现的,针对两段连续存储的字符比较的功能。
这块相关的函数比较多,首先看两个常用的两类查找函数,正向查找find()和反向查找rfind():
// find: Search for a character or substring at a given offset.
size_type find(const BasicStringPiece<STRING_TYPE>& s,
size_type pos = 0) const {
return internal::find(*this, s, pos);
}
size_type find(value_type c, size_type pos = 0) const {
return internal::find(*this, c, pos);
}
// rfind: Reverse find.
size_type rfind(const BasicStringPiece& s,
size_type pos = BasicStringPiece::npos) const {
return internal::rfind(*this, s, pos);
}
size_type rfind(value_type c, size_type pos = BasicStringPiece::npos) const {
return internal::rfind(*this, c, pos);
}
他们都支持查找字符串和查找单个字符。并且还能指定查找的起始位置。然后返回查询到的位置。接口定义和std::string中是相同的。实现上来看他们都是调用的internal::find()
/internal::rfind()
,先看find()
其定义如下:
size_t find(const StringPiece& self, const StringPiece& s, size_t pos) {
return findT(self, s, pos);
}
size_t find(const StringPiece& self, char c, size_t pos) {
return findT(self, c, pos);
}
他们都调用的findT()
,但是是不同的重载。
template<typename STR>
size_t findT(const BasicStringPiece<STR>& self,
const BasicStringPiece<STR>& s,
size_t pos) {
if (pos > self.size())
return BasicStringPiece<STR>::npos;
typename BasicStringPiece<STR>::const_iterator result =
std::search(self.begin() + pos, self.end(), s.begin(), s.end());
const size_t xpos =
static_cast<size_t>(result - self.begin());
return xpos + s.size() <= self.size() ? xpos : BasicStringPiece<STR>::npos;
}
template<typename STR>
size_t findT(const BasicStringPiece<STR>& self,
typename STR::value_type c,
size_t pos) {
if (pos >= self.size())
return BasicStringPiece<STR>::npos;
typename BasicStringPiece<STR>::const_iterator result =
std::find(self.begin() + pos, self.end(), c);
return result != self.end() ?
static_cast<size_t>(result - self.begin()) : BasicStringPiece<STR>::npos;
}
可以看出对于查找字符串其本质是使用的STL的search()
函数,而查找单个字符的时候使用的是STL的find()
函数。不过对于rfind()
则并不相同。它的实现如下:
template<typename STR>
size_t rfindT(const BasicStringPiece<STR>& self,
const BasicStringPiece<STR>& s,
size_t pos) {
if (self.size() < s.size())
return BasicStringPiece<STR>::npos;
if (s.empty())
return std::min(self.size(), pos);
typename BasicStringPiece<STR>::const_iterator last =
self.begin() + std::min(self.size() - s.size(), pos) + s.size();
typename BasicStringPiece<STR>::const_iterator result =
std::find_end(self.begin(), last, s.begin(), s.end());
return result != last ?
static_cast<size_t>(result - self.begin()) : BasicStringPiece<STR>::npos;
}
template<typename STR>
size_t rfindT(const BasicStringPiece<STR>& self,
typename STR::value_type c,
size_t pos) {
if (self.size() == 0)
return BasicStringPiece<STR>::npos;
for (size_t i = std::min(pos, self.size() - 1); ;
--i) {
if (self.data()[i] == c)
return i;
if (i == 0)
break;
}
return BasicStringPiece<STR>::npos;
}
对于字符串的反向查找本质的调用的STL的find_end()
。而对于字符的反向查找是完全手写实现的。
另外StringPiece也支持std::string中的find_first_of()
、find_first_not_of()
、find_last_of()
、find_last_not_of()
。这里只展开一个:
size_t find_first_of(const StringPiece& self,
const StringPiece& s,
size_t pos) {
if (self.size() == 0 || s.size() == 0)
return StringPiece::npos;
// Avoid the cost of BuildLookupTable() for a single-character search.
if (s.size() == 1)
return find(self, s.data()[0], pos);
bool lookup[UCHAR_MAX + 1] = { false };
BuildLookupTable(s, lookup);
for (size_t i = pos; i < self.size(); ++i) {
if (lookup[static_cast<unsigned char>(self.data()[i])]) {
return i;
}
}
return StringPiece::npos;
}
其中BuildLookupTable()
主要是建了一张映射表:
inline void BuildLookupTable(const StringPiece& characters_wanted,
bool* table) {
const size_t length = characters_wanted.length();
const char* const data = characters_wanted.data();
for (size_t i = 0; i < length; ++i) {
table[static_cast<unsigned char>(data[i])] = true;
}
}
映射表用数组实现,数组下标就是对应字符的数值,value是是否在StringPiece中出现过。后面就是普通的遍历find了。其他的其他函数实现也是类似。
StringPiece也有substr函数可以截取子串,其返回值也是StringPiece。
StringPiece substr(const StringPiece& self,
size_t pos,
size_t n) {
return substrT(self, pos, n);
}
template<typename STR>
BasicStringPiece<STR> substrT(const BasicStringPiece<STR>& self,
size_t pos,
size_t n) {
if (pos > self.size()) pos = self.size();
if (n > self.size() - pos) n = self.size() - pos;
return BasicStringPiece<STR>(self.data() + pos, n);
}
也是常数时间复杂度,并没有产生字符串的拷贝,仅是重新计算了数据指针和长度,并构造了一个新对象。
STRING_TYPE as_string() const {
// std::string doesn't like to take a NULL pointer even with a 0 size.
return empty() ? STRING_TYPE() : STRING_TYPE(data(), size());
}
as_string()函数会构造出std::string类型的对象。这一步会有数据的拷贝。
在各个C++开源项目提供了不同版本StringPiece的许多年以后,事情开始有了变化。C++14开始,string_view作为实验功能被进入到C++标准。<experimental/string_view>
头文件中有std::experimental::string_view
这一新增的字符串视图类型。C++17 开始string_view顺利转正。头文件<string_view>
纳入标准,std::string_view类型正式进入大家的视野。
https://en.cppreference.com/w/cpp/string/basic_string_view
从Piece到View,二者不完全相同,但也很像。有点hash_map和unordered_map的意味。StringPiece是string_view的前身。进入标准以后,string_view的API和前面我提到到Chromium版StringPiece的API有一些变化。
从Piece到View,二者不完全相同,但也很像。有点hash_map和unordered_map的意味。StringPiece是string_view的前身。进入标准以后,string_view的API和前面我提到到Chromium版StringPiece的API有一些变化。
比如string_view没有assign()、clear() 以及as_string() 函数。访问函数增加了at()
,和一般的string类似。
string_view有front()
和back()
,但没有front_or_0()
、back_or_0()
。并且front()
和back()
返回的是 constexpr const_reference
。当string_view为空的时候,此时调用front(
)和back()
是未定义行为(UB)!这点要注意。
C++20开始string_view加入了starts_with()
和ends_with()
。C++23中多了一个contains()
可以用来查找一个const char*、string_view、char是否在当前string_view中,返回一个bool类型。而StringPiece中没有contains()
。
最主要的是string_view在C++的语法层面,增加了一个运算符sv。
#include <string_view>
#include <iostream>
using namespace std::literals;
int main() {
auto print = [](std::string_view sv) {
std::cout << "size:" << sv.size() << std::endl;
for (char c: sv) {
std::cout << c << std::endl;
}
std::cout<<"----"<<std::endl;
};
std::string_view s1 = "abc\0\0def";
std::string_view s2 = "abc\0\0def"sv;
print(s1);
print(s2);
print(s1.substr(1, 5));
print(s2.substr(1, 5));
}
输出:
size:3
a
b
c
----
size:8
a
b
c
d
e
f
----
size:2
b
c
----
size:5
b
c
d
----
在""双引号表达的C风格字符作为参数,且不指定长度来构造string_view对象的时候,其表现和StringPiece一致,会默认以'\0'结尾的字符作为string_view的有效字符串。而加了sv后缀以后则能将整个字符串视为有效字符串。
好了,没有享受到C++14或17编译器的小伙伴们,可以使用boost库中的boost::string_view:
https://github.com/boostorg/utility/blob/master/include/boost/utility/string_view.hpp
boost::string_ref也可以用。但貌似后面会被弃用。另外abseil中也有一个stringview。
https://github.com/abseil/abseil-cpp/blob/master/absl/strings/string_view.h
当然为了你的项目兼容性(毕竟C++98还苟活于世!),你仍然可以继续沿用各种第三方轮子中的StringPiece,可以回头在看一下本文第一节,找到适合你的。
本文由哈喽比特于3年以前收录,如有侵权请联系我们。
文章来源:https://mp.weixin.qq.com/s/8nkSZ5Y3whZlEsR5iCN5LQ
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《自然》30日发表的一篇论文报道了一个名为Swift的人工智能(AI)系统,该系统驾驶无人机的能力可在真实世界中一对一冠军赛里战胜人类对手。
近日,非营利组织纽约真菌学会(NYMS)发出警告,表示亚马逊为代表的电商平台上,充斥着各种AI生成的蘑菇觅食科普书籍,其中存在诸多错误。
社交媒体平台𝕏(原推特)新隐私政策提到:“在您同意的情况下,我们可能出于安全、安保和身份识别目的收集和使用您的生物识别信息。”
2023年德国柏林消费电子展上,各大企业都带来了最新的理念和产品,而高端化、本土化的中国产品正在不断吸引欧洲等国际市场的目光。
罗永浩日前在直播中吐槽苹果即将推出的 iPhone 新品,具体内容为:“以我对我‘子公司’的了解,我认为 iPhone 15 跟 iPhone 14 不会有什么区别的,除了序(列)号变了,这个‘不要脸’的东西,这个‘臭厨子’。