如果在循环条件中使用 strlen 会被计算多次吗？答案

【问题标题】：Will strlen be calculated multiple times if used in a loop condition?如果在循环条件中使用 strlen 会被计算多次吗？
【发布时间】：2012-07-07 01:55:07
【问题描述】：

我不确定下面的代码是否会导致冗余计算，还是编译器特有的？

for (int i = 0; i < strlen(ss); ++i)
{
    // blabla
}

strlen() 每增加一次strlen() 都会计算吗？

【问题讨论】：

我猜如果没有复杂的优化可以检测到'ss'在循环中永远不会改变，那么是的。最好编译一下，看看汇编看看。
这取决于编译器、优化级别以及您（可能）在循环内对ss 执行的操作。
如果编译器可以证明ss 从未被修改过，它可以将计算提升到循环之外。
@Mike：“需要在编译时分析 strlen 到底做了什么” - strlen 可能是一个内在函数，在这种情况下优化器知道它做了什么。
@MikeSeymour：没有可能，可能没有。 strlen 是由 C 语言标准定义的，它的名称是为该语言定义的用途而保留的，因此程序不能随意提供不同的定义。编译器和优化器有权假定 strlen 仅依赖于其输入并且不修改它或任何全局状态。这里优化的挑战是确定 ss 指向的内存不会被循环内的任何代码更改。这对于当前的编译器来说是完全可行的，具体取决于具体的代码。

标签： c++ c gcc optimization strlen

【解决方案1】：

是的，strlen() 将在每次迭代中进行评估。在理想情况下，优化器可能能够推断出该值不会改变，但我个人不会依赖这一点。

我会做类似的事情

for (int i = 0, n = strlen(ss); i < n; ++i)

或者可能

for (int i = 0; ss[i]; ++i)

只要字符串在迭代期间不会改变长度。如果可能，那么您需要每次调用strlen()，或者通过更复杂的逻辑处理。

【讨论】：

如果你知道你没有在操作字符串，那么第二个更可取，因为这基本上是strlen 将执行的循环。
@alk：如果字符串可能被缩短，那么这两个都是错误的。
@alk：如果您要更改字符串，for 循环可能不是遍历每个字符的最佳方式。我认为while循环更直接，更容易管理索引计数器。
理想情况包括在linux下使用GCC编译，其中strlen被标记为__attribute__((pure))，允许编译器省略多个调用。 GCC Attributes
第二个版本是最理想也是最惯用的形式。它允许您只传递字符串一次而不是两次，这对于长字符串会有更好的性能（尤其是缓存一致性）。

【解决方案2】：

是的，每次使用循环。然后它每次都会计算字符串的长度。所以像这样使用它：

char str[30];
for ( int i = 0; str[i] != '\0'; i++)
{
//Something;
}

在上面的代码中，str[i] 每次循环开始一个循环时，只验证字符串中位置i 的一个特定字符，因此它占用的内存更少，效率更高。

请参阅此Link 了解更多信息。

在下面的代码中，每次循环运行strlen 都会计算整个字符串的长度，效率较低，需要更多时间和更多内存。

char str[];
for ( int i = 0; i < strlen(str); i++)
{
//Something;
}

【讨论】：

我可以同意“[它]更高效”，但使用更少的内存？我能想到的唯一内存使用差异是在 strlen 调用期间的调用堆栈中，如果你运行得那么紧，你可能应该考虑省略其他一些函数调用......跨度>
@MichaelKjörling 好吧，如果您使用“strlen”，那么在循环中它必须在每次循环运行时扫描整个字符串，而在上面的代码中“str[ix]”，它只在循环的每个循环中扫描一个元素，其位置由“ix”表示。因此它比“strlen”占用更少的内存。
我不确定这是否有意义，实际上。 strlen 的一个非常幼稚的实现将类似于int strlen(char *s) { int len = 0; while(s[len] != '\0') len++; return len; }，这几乎正是您在答案中的代码中所做的。我并不是说迭代字符串一次而不是两次更时间-效率更高，但我没有看到其中一个或另一个使用或多或少的内存。还是你指的是用来保存字符串长度的变量？
@MichaelKjörling 请查看上面的编辑代码和链接。至于内存 - 每次循环运行时，每个迭代的值都存储在内存中，如果是“strlen”，因为它一次又一次地计算整个字符串，它需要更多的内存来存储。也因为与 Java 不同，C++ 没有“垃圾收集器”。那我也可能是错的。请参阅 link 关于 C++ 中缺少“垃圾收集器”。
@aashis2s 缺少垃圾收集器仅在在堆上创建对象时起作用。一旦作用域结束，堆栈上的对象就会被销毁。

【解决方案3】：

一个好的编译器可能不会每次都计算它，但我认为你不能确定每个编译器都会这样做。

除此之外，编译器必须知道strlen(ss) 不会改变。仅当 ss 在 for 循环中未更改时才适用。

例如，如果您在for 循环中对ss 使用只读函数，但没有将ss 参数声明为const，编译器甚至无法知道ss 不是在循环中更改并且必须在每次迭代中计算strlen(ss)。

【讨论】：

+1：不仅ss不能在for循环中改变；它不能被循环中调用的任何函数访问和更改（因为它作为参数传递，或者因为它是全局变量或文件范围变量）。 const 资格也可能是一个因素。
我认为编译器不太可能知道'ss'不会改变。可能存在指向“ss”内部内存的杂散指针，编译器不知道这可能会改变“ss”
Jonathan 是对的，本地 const 字符串可能是编译器确保 'ss' 无法更改的唯一方法。
@MerickOWA：确实，这是restrict 在 C99 中的用途之一。
关于你的最后一段：如果你在for循环中对ss调用了一个只读函数，那么即使它的参数声明为const char*，编译器仍然 i> 需要重新计算长度，除非 (a) 它知道 ss 指向一个 const 对象，而不仅仅是一个指向 const 的指针，或者 (b) 它可以内联函数或以其他方式看到它是只读的。采用const char* 参数not 承诺不修改指向的数据，因为如果修改的对象不是 const 并且不是字符串文字。

【解决方案4】：

如果 ss 是 const char * 类型，并且您没有在循环中丢弃 constness，如果启用了优化，编译器可能只会调用一次 strlen。但这当然不是可以指望的行为。

您应该将strlen 结果保存在一个变量中，并在循环中使用该变量。如果您不想创建额外的变量，则取决于您正在做什么，您可能会通过反转循环来向后迭代。

for( auto i = strlen(s); i > 0; --i ) {
  // do whatever
  // remember value of s[strlen(s)] is the terminating NULL character
}

【讨论】：

打电话给strlen是个错误。循环直到你到达终点。
i > 0?这不应该是i >= 0吗？就个人而言，如果向后迭代字符串，我也会从 strlen(s) - 1 开始，那么终止 \0 不需要特别考虑。
@MichaelKjörling i >= 0 仅在您初始化为 strlen(s) - 1 时才有效，但如果您的字符串长度为零，则初始值下溢
@Prætorian，关于零长度字符串的要点。我写评论时没有考虑这种情况。 C++ 是否在初始循环条目上评估 i > 0 表达式？如果没有，那么你是对的，零长度的情况肯定会打破循环。如果是这样，你“简单地”得到一个签名的i == -1 i >= 0，则没有循环条目。
@MichaelKjörling 是的，在第一次执行循环之前评估退出条件。 strlen 的返回类型是无符号的，因此 (strlen(s)-1) >= 0 对于零长度字符串的计算结果为 true。

【解决方案5】：

形式上是的，预计每次迭代都会调用strlen()。

无论如何，我不想否定存在一些聪明的编译器优化的可能性，这将优化在第一个之后对 strlen() 的任何连续调用。

【讨论】：

【解决方案6】：

整个谓词代码将在for 循环的每次迭代中执行。为了记住strlen(ss) 调用的结果，编译器至少需要知道这一点

strlen 函数没有副作用
ss 指向的内存在循环期间不会改变

编译器不知道这些事情中的任何一个，因此无法安全地记住第一次调用的结果

【讨论】：

嗯，它可以通过静态分析知道这些东西，但我认为你的意思是，目前任何 C++ 编译器都没有实现这种分析，是吗？
@GManNickG 它绝对可以证明 #1 但 #2 更难。对于单线程是的，它肯定可以证明这一点，但对于多线程环境则不行。
也许我很固执，但我认为在多线程环境中第二个也是可能的，但绝对不能没有非常强大的推理系统。只是在这里沉思；绝对超出任何当前 C++ 编译器的范围。
@GManNickG 我认为这在 C / C++ 中是不可能的。我可以很容易地将ss 的地址存储到size_t 中，或者将其分成几个byte 值。然后，我的狡猾线程可以将字节写入该地址，编译器就会知道它与ss 相关的理解方式。
@JaredPar：对不起，你可以声称int a = 0; do_something(); printf("%d",a); 无法优化，因为do_something() 可以做你未初始化的 int 事情，或者可以爬回堆栈并修改a 故意的。事实上，gcc 4.5 确实使用 -O3 将其优化为 do_something(); printf("%d",0);

【解决方案7】：

是的。每次i增加时都会计算strlen。

如果你没有用在循环中改变ss意味着它不会影响逻辑否则会影响。

使用以下代码更安全。

int length = strlen(ss);

for ( int i = 0; i < length ; ++ i )
{
 // blabla
}

【讨论】：

【解决方案8】：

是的，strlen(ss) 将在每次迭代时计算长度。如果您以某种方式增加ss 并增加i;会有无限循环。

【讨论】：

【解决方案9】：

是的，strlen() 函数被调用每次循环被评估。

如果你想提高效率，那么永远记得把所有东西都保存在局部变量中......这需要时间，但它非常有用..

您可以使用如下代码：

String str="ss";
int l = strlen(str);

for ( int i = 0; i < l ; i++ )
{
    // blablabla
}

【讨论】：

【解决方案10】：

是的，每次代码运行时都会计算strlen(ss)。

【讨论】：

【解决方案11】：

现在不常见，但 20 年前在 16 位平台上，我推荐这个：

for ( char* p = str; *p; p++ ) { /* ... */ }

即使你的编译器在优化方面不是很聪明，上面的代码也可以产生好的汇编代码。

【讨论】：

【解决方案12】：

是的。测试不知道 ss 在循环内没有改变。如果你知道它不会改变，那么我会写：

int stringLength = strlen (ss); 
for ( int i = 0; i < stringLength; ++ i ) 
{
  // blabla 
}

【讨论】：

【解决方案13】：

啊，即使在理想情况下，它也会该死的！

截至今天（2018 年 1 月），gcc 7.3 和 clang 5.0，如果您编译：

#include <string.h>

void bar(char c);

void foo(const char* __restrict__ ss) 
{
    for (int i = 0; i < strlen(ss); ++i) 
    {
        bar(*ss);
    }
}

所以，我们有：

ss 是一个常量指针。
ss 标记为 __restrict__
循环体不能以任何方式接触ss 指向的内存（好吧，除非它违反了__restrict__）。

和仍然，两个编译器都执行strlen()every single iteration of that loop。太棒了。

这也意味着@Praetorian 和@JaredPar 的典故/一厢情愿不会成功。

【讨论】：

【解决方案14】：

是的，简单来说。如果编译器发现在ss 中根本没有进行任何更改，则作为优化步骤，编译器希望在极少数情况下出现很小的“否”。但在安全的情况下，你应该认为它是 YES。在multithreaded 和事件驱动程序中存在一些情况，如果您认为它是“否”，它可能会出现错误。谨慎行事，因为它不会过多地提高程序的复杂性。

【讨论】：

【解决方案15】：

是的。

strlen() 每次在i 增加且未优化时计算。

下面的代码显示了为什么编译器不应该优化strlen()。

for ( int i = 0; i < strlen(ss); ++i )
{
   // Change ss string.
   ss[i] = 'a'; // Compiler should not optimize strlen().
}

【讨论】：

我认为进行特定修改永远不会改变 ss 的长度，只会改变它的内容，所以（一个非常非常聪明的）编译器仍然可以优化 strlen。

【解决方案16】：

我们可以很容易地测试它：

char nums[] = "0123456789";
size_t end;
int i;
for( i=0, end=strlen(nums); i<strlen(nums); i++ ) {
    putchar( nums[i] );
    num[--end] = 0;
}

循环条件在每次重复之后、重新开始循环之前进行评估。

还要注意用于处理字符串长度的类型。它应该是size_t，它在标准输入输出中被定义为unsigned int。比较并将其转换为 int 可能会导致一些严重的漏洞问题。

【讨论】：

【解决方案17】：

好吧，我注意到有人说它默认由任何“聪明”的现代编译器优化。顺便看看没有优化的结果。我试过了：
最少的 C 代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>

int main()
{
 char *s="aaaa";

 for (int i=0; i<strlen(s);i++)
  printf ("a");
 return 0;
}

我的编译器：g++ (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 4.6.3
汇编代码生成命令：g++ -S -masm=intel test.cpp

Gotten assembly code at the output:
    ...
    L3:
mov DWORD PTR [esp], 97
call    putchar
add DWORD PTR [esp+40], 1
    .L2:
     THIS LOOP IS HERE
    **<b>mov    ebx, DWORD PTR [esp+40]
mov eax, DWORD PTR [esp+44]
mov DWORD PTR [esp+28], -1
mov edx, eax
mov eax, 0
mov ecx, DWORD PTR [esp+28]
mov edi, edx
repnz scasb</b>**
     AS YOU CAN SEE it's done every time
mov eax, ecx
not eax
sub eax, 1
cmp ebx, eax
setb    al
test    al, al
jne .L3
mov eax, 0
     .....

【讨论】：

我不愿意相信任何试图优化它的编译器，除非字符串的地址是restrict-qualified。虽然在某些情况下这种优化是合法的，但在没有restrict 的情况下可靠地识别此类情况所需的努力，无论采取任何合理的措施，几乎肯定会超过收益。但是，如果字符串的地址有一个 const restrict 限定符，那么这本身就足以证明优化的合理性，而无需查看其他任何内容。

【解决方案18】：

详细阐述 Prætorian 的回答，我建议如下：

for( auto i = strlen(s)-1; i > 0; --i ) {foo(s[i-1];}

auto 因为您不想关心 strlen 返回的类型。 C++11 编译器（例如 gcc -std=c++0x，不完全是 C++11，但自动类型可以工作）将为您完成。
i = strlen(s) 因为您想与 0 进行比较（见下文）
i > 0 因为与 0 的比较比与任何其他数字的比较（略）快。

缺点是您必须使用i-1 才能访问字符串字符。

【讨论】：