C++初始化成員的方式有許多，尤其是隨著C++11值類別的重新定義，各種方式之間的差異更是細微。

• call by-const-reference

• call by-value

• two-overloads

• std::string_view

• forwarding references

1call by-const-reference

這種方式最是廣為流傳，C++11之前亦可使用，是早期的推薦方式。

比如：

structS{
std::stringmem;
S(conststd::string&s):mem{s}{}
};

根據4種不同的輸入分析其開銷，代碼如下：

std::stringstr{"dummy"};
Ss1("dummy");//1.Implicitctor
Ss2(str);//2.lvalue
Ss3(std::move(str));//3.xvalue
Ss4(std::string{"dummy"});//4.prvalue

第二，lvalue。對于左值，將直接綁定到形參上，再通過拷貝構造復制到成員變量。共1次分配。

第三，xvalue。對于消亡值，操作同上。共1次分配。

第四，prvalue。對于純右值，操作同上。共1次分配。

由此可知，使用const-reference string時，至少存在1次分配。對于左值來說，這本無可厚非；但對于右值來說，這將徒增一次沒必要的拷貝；對于字符串字面量，還會由隱式構造創建一個臨時對象，增加一次開銷。

因此，這種方式只有針對左值時，效果才不錯，其他情況都會增加一次開銷。

2call by-value

structS{
std::stringmem;
S(std::strings):mem{std::move(s)}{}
};

3Two-overloads

structS{
std::stringmem;
S(conststd::string&s):mem{s}{}
S(std::string&&s):mem{std::move(s)}{}
};

4C++17 string_view

structS{
std::stringmem;
S(std::string_views):mem{s}{}
};

5Fowarding references

Forwarding references可以自動匹配左值或是右值版本，也是一種不錯的方式。

實現變為：

structS{
std::stringmem;
template<classT>
S(T&&s):mem{std::forward(s)}{}
};

6曲未盡

分析至此，已然可以初步得出一張開銷對比圖。

看情況。

沒有哪種方式是完全占優的，可以依據使用次數最多的操作計算消耗，從而正確決策。

舉個例子：

structS{
usingvalue_type=std::vector<std::string>;
usingassoc_type=std::map<std::string,value_type>;

voidpush_data(std::string_viewkey,value_typedata){
datasets.emplace(std::make_pair(key,std::move(data)));
}

assoc_typedatasets;
};

假設我們后面使用次數最多的操作為：

Ss;
s.push_data("key1",{"Dear","Friend"});
s.push_data("key2",{"Apple"});
s.push_data("key3",{"Jack","Tom","Jerry"});
s.push_data("key4",{"20","22","11","20"});

voidpush_data(auto&&key,auto&&data){
datasets.emplace(std::make_pair(
std::forward<decltype(key)>(key),
std::forward<decltype(data)>(data)
));
}

6.1SSO短字符串優化

各家編譯器在實現std::string時，基本都會采取一種SSO(Small String Optimization)策略。

此時，對于短字符串，將不會在堆上額外分配內存，而是直接存儲在棧上。比如，有些實現會在size的最低標志位上用1代表長字符串，0代表短字符串，根據這個標志位來決定操作形式。

std::size_tallocated=0;

void*operatornew(size_tsz){
void*p=std::malloc(sz);
allocated+=sz;
returnp;
}

voidoperatordelete(void*p)noexcept{
returnstd::free(p);
}

intmain(){
allocated=0;
std::strings("hi");
std::printf("stackspace=%zu,heapspace=%zu,capacity=%zu
",
sizeof(s),allocated,s.capacity());
}
例子來源：https://stackoverflow.com/a/28003328

stackspace=32,heapspace=0,capacity=15

可以看到，對于短字符串，將不會在堆上分配額外的內存，內容實際存在在棧上。

早期版本的編譯器可能沒有這種優化，但如今的版本基本都有。

于是可以得出結論：盡管小對象的拷貝操作很快，call by-value還是要慢于其他方式，string_view則是一種較好的方式。

但是，string_view使用起來要格外當心，若你不想為此操心，使用call by-const-reference則是一種不錯的方式。

6.2無拷貝，無移動

當僅需要接受參數，之后即不拷貝，也無移動的情境下，情況又不一樣。

此時的開銷如下圖。

6.3優化限制：Aliasing situations

Aliasing situations指的是多個變量實際指向的是同一塊內存，這些變量之間互為別名。這種情況會導致編譯器束手束腳，不敢優化。

以引用的方式傳遞參數便會產生許多額外的Aliasing situations。

舉個例子：

intfoo_by_ref(constS&s){
intm=s.value;
bar();
intn=s.value;
returnm+n;
}

intfoo_by_value(Ss){
intm=s.value;
bar();
intn=s.value;
returnm+n;
}

例子來源：https://reductor.dev/cpp/2022/06/27/pass-by-value-vs-pass-by-reference.html

引用傳遞版本，編譯器無法判定bar()中是否修改了s.value，比如s引用的是一個全局變量，bar()中就可以修改它。因此，m和n的值可能并不相同，編譯器必須加載兩次s.value。

而值傳遞版本，由于參數進行了拷貝，不存在外部修改，m和n的值肯定相同，于是編譯器可以優化為只加載一次s.value。

這是call by-const-reference的另一處缺點，它可能會限制編譯器的優化，而這又恰恰成了call by-value的一個優點。

7總結

本篇文章介紹了5種初始化String成員的方式，詳細分析對比了它們的開銷。

沒有哪種方式是最優解，如何選擇需要依具體情況而論。

Two-overloads這種方式一般不會考慮，因為總有其他方式比它的開銷更小，還只需編寫一個函數。

string_view在很多情況下的開銷可觀，但是需要格外注意潛在的懸垂引用問題。

其他三種方式亦是有利有弊，可根據文中提及的各種情況進行分析。

總而言之，各方式之間存在著細微而本質的差別，且還有許多特殊情況需要單獨分析，開銷在不同情境下也不盡相同。

審核編輯 ：李倩