libc++ 中短字符串优化的机制是什么？

libc++ 实现有点复杂，我将忽略它的替代设计，并假设一台小端计算机：

template <...>
class basic_string {
/* many many things */

    struct __long
    {
        size_type __cap_;
        size_type __size_;
        pointer   __data_;
    };

    enum {__short_mask = 0x01};
    enum {__long_mask  = 0x1ul};

    enum {__min_cap = (sizeof(__long) - 1)/sizeof(value_type) > 2 ?
                      (sizeof(__long) - 1)/sizeof(value_type) : 2};

    struct __short
    {
        union
        {
            unsigned char __size_;
            value_type __lx;
        };
        value_type __data_[__min_cap];
    };

    union __ulx{__long __lx; __short __lxx;};

    enum {__n_words = sizeof(__ulx) / sizeof(size_type)};

    struct __raw
    {
        size_type __words[__n_words];
    };

    struct __rep
    {
        union
        {
            __long  __l;
            __short __s;
            __raw   __r;
        };
    };

    __compressed_pair<__rep, allocator_type> __r_;
}; // basic_string

注意：本质上是针对空碱基优化优化的一对，又名;出于所有意图和目的，您可以将其视为常规对。它的重要性只是因为无状态而空虚。__compressed_pairtemplate <T1, T2> struct __compressed_pair: T1, T2 {};std::allocator

好吧，这是相当原始的，所以让我们检查一下机制！在内部，许多函数将调用 which 本身调用以确定字符串是否使用 or 表示形式：__get_pointer()__is_long__long__short

bool __is_long() const _NOEXCEPT
    { return bool(__r_.first().__s.__size_ & __short_mask); }

// __r_.first() -> __rep const&
//     .__s     -> __short const&
//     .__size_ -> unsigned char

老实说，我不太确定这是标准 C++（我知道最初的子序列规定，但不知道它如何与匿名并集和别名结合在一起），但无论如何，标准库都允许利用实现定义的行为。union

libc++ 被设计为在所有架构上都有 3 个词，其中 .您已经正确地剖析了长/空标志，以及简写形式中的大小字段。basic_stringsizeofsizeof(word) == sizeof(void*)

__min_cap，即短字符串的容量，对不同的架构有什么价值？

在简短的形式中，有 3 个词可以使用：

• 1 位用于多头/空头标志。
• 7 位进入大小。
• 假设 ，1 个字节进入尾随空值（libc++ 将始终在数据后面存储尾随空值）。char

这留下了 3 个单词减去 2 个字节来存储一个短字符串（即没有分配的最大字符串）。capacity()

在 32 位机器上，短字符串中可容纳 10 个字符。sizeof（string） 的数据类型为 12。

在 64 位计算机上，短字符串中可容纳 22 个字符。sizeof（string） 的数据类型为 24。

一个主要的设计目标是最小化，同时使内部缓冲区尽可能大。其基本原理是加快搬迁施工和搬迁分配。越大，在移动构造或移动任务期间必须移动的单词就越多。sizeof(string)sizeof

长表单至少需要 3 个单词来存储数据指针、大小和容量。因此，我将缩写形式限制为相同的 3 个词。有人建议 4 字大小可能具有更好的性能。我还没有测试过这个设计选择。

_LIBCPP_ABI_ALTERNATE_STRING_LAYOUT

有一个配置标志，用于重新排列数据成员，以便“长布局”从以下位置更改为：_LIBCPP_ABI_ALTERNATE_STRING_LAYOUT

struct __long
{
    size_type __cap_;
    size_type __size_;
    pointer   __data_;
};

自：

struct __long
{
    pointer   __data_;
    size_type __size_;
    size_type __cap_;
};

这种变化的动机是相信，由于更好的对齐，把放在第一位将具有一些性能优势。试图衡量性能优势，但很难衡量。它不会使性能变差，并且可能会使其稍微好一点。__data_

应小心使用旗帜。它是一种不同的 ABI，如果不小心与使用不同设置编译的 libc++ 混合，将产生运行时错误。std::string_LIBCPP_ABI_ALTERNATE_STRING_LAYOUT

我建议仅由 libc++ 供应商更改此标志。