Question

在看了Titus Winters的"Live at Head"谈话后，他提到StrCat（）是人们最喜欢的功能之一，我决定尝试实现类似的东西，看看我是否能击败std :: string :: append （或运算符+，我认为在内部使用附加）在运行时性能方面。我的理由是，作为可变参数模板实现的strcat（）函数将能够确定其所有类似字符串的参数的组合大小，并进行单个分配以存储最终结果，而不是必须在以下情况下不断重新分配： operator +，它不知道它被调用的总体上下文。

然而，当我将自定义实现与quick-bench上的operator +进行比较时，我发现我的strcat（）实现比最近版本的clang和gcc上的operator +慢了4倍，用-std=c++17 -O3编译。我在下面提供了快速工作台代码供参考。

有谁知道这会导致减速的原因？

#include <cstring>
#include <iostream>
#include <string>

// Get the size of string-like args
int getsize(const std::string& s) { return s.size(); }
int getsize(const char* s) { return strlen(s); }
template <typename S>
int strcat_size(const S& s) {
  return getsize(s);
}
template <typename S, typename... Strings>
int strcat_size(const S& first, Strings... rest) {
  if (sizeof...(Strings) == 0) {
    return 0;
  } else {
    return getsize(first) + strcat_size(rest...);
  }
}

// Populate a pre-allocated string with content from another string-like object
template <typename S>
void strcat_fill(std::string& res, const S& first) {
  res += first;
}
template <typename S, typename... Strings>
void strcat_fill(std::string& res, const S& first, Strings... rest) {
  res += first;
  strcat_fill(res, rest...);
}

template <typename S, typename... Strings>
std::string strcat(const S& first, Strings... rest) {
  int totalsize = strcat_size(first, rest...);

  std::string res;
  res.reserve(totalsize);

  strcat_fill(res, first, rest...);

  return res;
}

const char* s1 = "Hello World! ";
std::string s2 = "Here is a string to concatenate. ";
std::string s3 = "Here is a longer string to concatenate that avoids small string optimization";
const char* s4 = "How about some more strings? ";
std::string s5 = "And more strings? ";
std::string s6 = "And even more strings to use!";

static void strcat_bench(benchmark::State& state) {
  // Code inside this loop is measured repeatedly
  for (auto _ : state) {
    std::string s = strcat(s1, s2, s3, s4, s5, s6);

    benchmark::DoNotOptimize(s);
  }
}
BENCHMARK(strcat_bench);

static void append_bench(benchmark::State& state) {
  for (auto _ : state) {
    std::string s = s1 + s2 + s3 + s4 + s5 + s6;

    benchmark::DoNotOptimize(s);
  }
}
BENCHMARK(append_bench);

Answer 1

这是因为按值传递参数。

我将代码更改为使用折叠表达式（看起来更干净）
并且摆脱了不必要的副本（Strings... rest应该是一个参考）。

int getsize(const std::string& s) { return s.size(); }
int getsize(const char* s) { return strlen(s); }

template <typename ...P>
std::string strcat(const P &... params)
{
  std::string res;
  res.reserve((getsize(params) + ...));
  (res += ... += params);
  return res;
}

This solution beats append by approximately 30%.

在这种情况下，传递const引用和完成转发之间似乎没有区别。这是有道理的，因为std::string +=即使它们是右值也不会移动它的参数。

如果您无法访问新的花式折叠表达式但仍想要性能，请使用“虚拟阵列”技巧（在这种情况下似乎具有完全相同的性能）。

template <typename ...P>
std::string strcat(const P &... params)
{
  using dummy_array = int[]; // This is necessary because `int[]{blah}` doesn't compile.
  std::string res;
  std::size_t size = 0;
  dummy_array{(void(size += getsize(params)), 0)..., 0};
  res.reserve(size);
  dummy_array{(void(res += params), 0)..., 0};
  return res;
}

令人惊讶的基准结果

1 个答案: