关于 std::string 动作的实现答案

【问题标题】：On the implementation of std::string moves关于 std::string 动作的实现
【发布时间】：2018-11-08 06:06:20
【问题描述】：

我正在调查移动std::string 的性能。很长一段时间以来，我一直认为字符串移动几乎是免费的，认为编译器会内联所有内容，并且只涉及一些廉价的赋值。

事实上，我移动的心智模式确实是

string& operator=(string&& rhs) noexcept
{
    swap(*this, rhs);
    return *this;
}

friend void swap(string& x, string& y) noexcept
{
    // for disposition only
    unsigned char buf[sizeof(string)];
    memcpy(buf, &x, sizeof(string));
    memcpy(&x, &y, sizeof(string));
    memcpy(&y, buf, sizeof(string));
}

据我所知，如果将 memcpy 更改为分配单个字段，则这是一种合法的实施方式。

发现gcc的移动实现涉及creating a new string and might possibly throw due to the allocations despite being noexcept，让我大吃一惊。

这是否符合要求？同样重要的是，我不应该认为搬家几乎是免费的吗？

令人困惑的是，std::vector<char> compiles down 符合我的预期。

clang's implementation 有很大不同，虽然有一个可疑的std::string::reserve

【问题讨论】：

使用 SSO（短字符串优化）移动可以复制，因为您无法移动数组。
@NathanOliver 我知道，但 memcpy 涵盖了这一点。至少，我希望有一个大小为sizeof(string) 的缓冲区用于临时复制数组的内容，而不是创建临时字符串
将`-stdlib=libc++`添加到clang窗口。
你仍然在 libc++ 中发现了一个错误！ basic_string::__clear_and_shrink() 应标记为 noexcept。有了这个添加，移动赋值运算符就可以很好地清理了。
__clear_and_shrink 显然是最近的编辑。我正在查看 libc++ 的尖端：github.com/llvm-mirror/libcxx/blob/master/include/…

标签： c++ string move-semantics

【解决方案1】：

我只分析了 GCC 的版本。这是发生了什么：代码处理不同类型的分配器。如果分配器具有_S_propagate_on_move_assign 或_S_always_equal 的特征，那么移动几乎是免费的，正如您所期望的。这是if 在移动operator=：

if (!__str._M_is_local()
    && (_Alloc_traits::_S_propagate_on_move_assign()
      || _Alloc_traits::_S_always_equal()))
          // cheap move
else assign(__str);

如果条件为真（_M_is_local() 表示小字符串，描述here），则此举很便宜。

如果它是假的，那么它调用正常assign（不是移动的）。在以下任一情况下都会出现这种情况：

字符串很小，所以assign 会做一个简单的memcpy（便宜）
或者分配器没有特性always-equal也没有propagate-on-move-assign，所以分配器将分配 （不便宜）

这是什么意思？

这意味着，如果您使用默认分配器（或任何具有前面提到的特征的分配器），那么 移动仍然几乎是免费的。

另一方面，生成的代码不必要地庞大，我认为可以改进。它应该有一个单独的代码来处理通常的分配器，或者有一个更好的assign 代码（问题是assign 不检查_M_is_local()，但它会进行容量检查，所以编译器无法决定是否是否需要分配，因此它会将分配代码路径不必要地放入可执行文件中 - 您可以查看源代码中的确切详细信息。

【讨论】：

_Alloc_traits::_S_propagate_on_move_assign 和 _Alloc_traits::_S_always_equal 是 constexpr 函数。不应该在编译时消除这些分支并且不存在于程序集中吗？
@MaximEgorushkin：它们不存在于程序集中。它首先在 locality 属性上分支（我在答案中包含的代码），因此必须编译 assign 代码。然后，assign 代码不检查 locality 属性，但它检查容量（从assign 的角度来看，这是可以理解的，因为那里的容量很重要，而不是位置）。并且编译器不够聪明（可以理解）将这两件事关联在一起，所以它将分配代码路径放入 exe 中。
您可能要提到_M_is_local 用于小字符串优化。

【解决方案2】：

不完全是答案，但这是 C++11 std::string 的新实现，没有引用计数器和小字符串优化导致大量汇编。特别是，小字符串优化导致 4 个分支处理移动分配的源和目标长度的 4 种不同组合。

当添加-D_GLIBCXX_USE_CXX11_ABI=0 选项以使用带有引用计数器的pre C++-11 std::string 和不小的字符串优化the assembly code looks much better。

我不应该认为搬家几乎是免费的吗？

在Nothing is Better than Copy or Move by Roger Orr 谈话中，slides 第 47 页说：

复制和移动的比较

许多人错误地认为移动实际上是“免费的”

复制和移动之间的性能差异差异很大

对于基本类型，例如 int，复制或移动实际上是相同的

当只需要转移对象的一部分来转移整个价值时，移动比复制快

【讨论】：