C ++字符串函数 - 为什么它们通常具有未指定的复杂性？

Question

我只是注意到，根据最新的C ++ ISO标准，string::pop_back和string::erase（名称二，可能还有其他）成员函数具有未指定的复杂性。将复杂性留给图书馆编码员的选择背后的原因是什么？实际上是否存在任何人都知道string::pop_back具有非常数复杂性的实现？

Answer 1

TLDR;因为历史和时间的复杂性尚未提出

情况：

[basic.string]仅直接指定一些操作具有一定的复杂性：

• size()：O（1），因为C ++ 11
• max_size()：O（1），因为C ++ 11
• shrink_to_fit()：C ++ 17中的O（n）（尽管在C ++ 11中添加）
• operator[]：O（1），因为C ++ 11
• swap()：O（1）
• data()：O（1），因为C ++ 11

间接指定了更多（我可能在这里遗漏了一些）：

• length()：等于size()
• empty()：等于size()
• at()：等于operator[]
• front()：等于operator[]
• back()：等于operator[]
• copy()：O（n）（来自其性格特征）
• assign()：O（n）（来自其性格特征）
• find()和变体：O（n）（来自其性格特征）
• append(char* s)：O（m）其中m是s的长度（来自其角色特征）

此处data()的要求至关重要。在C ++ 11之前，字符串的底层存储是实现定义的。它可能是所有重要事项的链表，只要它可以在需要时转换为c风格的数组。在C ++ 11之后，底层实现依赖于仍然平台，但要求data()为O（1），但保证字符串的存储是连续的C风格数组（不再懒惰地复制你的链表）。在C ++ 17中，data被重载以返回您可以修改的非const字符数组，并且此类修改与使用operator[]执行相同操作相同，这进一步巩固了实现（FWIW存储仍然依赖于实现，但是没有办法满足时间复杂度要求）。

你可以看到C ++ 03唯一的性能要求是在swap，这很长一段时间反映了标准的哲学;更喜欢只指定对象的行为，并让实现负责性能保证。这为库实现者提供了更大的灵活性，可以根据他们认为适合的情况进行优化。

历史上发生了什么

当您深入了解添加复杂性措辞的提案（例如n2923: Specifying the complexity of size()）时，您会发现这些复杂性要求会随着人们的考虑而逐渐增加。

哎呀，非const data()是在C ++ 17中添加的，因为之前没有提出（link to std discussion on the matter（实际上只是链接回答我们的朋友Howard Hinnant {{3 }}））

写入时复制

Int posted on StackOverflow，作者详细讨论了basic_string，引用了copy-on-write作为其设计背后的最初理念之一（尽管它并非相当到那儿）

  

另一方面，basic_string的当前规范旨在允许引用计数的字符串，其中写时复制（COW）是必不可少的。

（n8215同意）。

如果标准允许写入时复制，则在标准中不进行性能保证是有意义的，因为写入字符串可能是O（1）或O（N）。我猜想O（N）是正确的，但这是一个可能会产生误导的松散界限。

事实上，DanielKrügler想知道Wikipedia, citing Scott Meyers中和你一样的事情，并引用了写作时的痕迹：

  

由于早期支持copy-on-write，我们发现C ++ 0x有以下不必要的限制：
  ...   2.缺少复杂性保证：data()和c_str()只返回指向其内容的指针，保证为O（1）。这应该拼写出来。

所以它看起来像是允许实现者灵活性，支持写入时写入字符串的丢弃想法，以及缺乏人们思考它的混合物。

随意为缺少它们的basic_string函数提出时间复杂性。标准可能会更好： - ）

Answer 2

很久以前，有人认为您可以使用ropes来实施std::string。 SGI STL甚至包含一个rope template，其界面非常string。

但事实证明人们使用了下标运算符和c_str()方法，而不是有效的连接，这就是为什么std::string的基于绳索的实现在实践中没有竞争力。