`std::string_view`（c++17） 和 `std::stringstream` 使用区别·

std::string_view 和 std::stringstream 都是 C++ 中处理字符串的工具，但它们的设计目标和使用场景非常不同。我们可以通过几方面进行对比。

1. 设计目的和核心功能

• std::string_view:
  • 设计用于只读访问字符串或字符序列。
  • 是一个轻量级的字符串视图，不会持有字符串的数据，仅仅是对现有字符串的引用。
  • 适合高效地操作已有字符串或进行快速读取（例如子串操作、比较等），没有额外的内存分配。
    std::string_view 是 C++17 引入的一种轻量级的字符串视图类型，它提供了一种非常高效的方式来引用和操作现有的字符串（或字符数组）而不需要复制数据。

什么是 std::string_view

std::string_view 本质上是一个不可变的字符串引用，它可以指向现有的字符串数据（例如 std::string、C 风格的字符串数组等），而不实际拥有这些数据。
它的作用是让你能够高效地查看或操作某个字符串的子集，而不必进行额外的内存分配或数据拷贝。

为什么使用 std::string_view

1. 避免不必要的拷贝: 传统的 std::string 在传递和处理时通常会复制数据，而 std::string_view 仅仅是一个对已有字符串的引用，避免了数据的复制和重新分配，提高了性能。
2. 适用于只读操作: 如果你只需要读取字符串的内容而不需要修改，std::string_view 是一个很好的选择。
3. 兼容性: std::string_view 可以直接从 std::string 或 C 风格字符串创建，并且使用起来十分灵活。
4. 子串操作效率高: 使用 std::string_view 可以轻松地处理字符串的子串而不引起额外的内存分配。

std::string_view 的基本用法

#include <iostream>
#include <string>
#include <string_view>

int main() {
    // 从 C 风格字符串创建 string_view
    const char* cstr = "Hello, World!";
    std::string_view sv1(cstr);

    // 从 std::string 创建 string_view
    std::string str = "Hello, C++!";
    std::string_view sv2(str);

    // 输出 string_view 的内容
    std::cout << "String view 1: " << sv1 << std::endl;
    std::cout << "String view 2: " << sv2 << std::endl;

    // 获取子串 (不分配新内存)
    std::string_view sv3 = sv2.substr(0, 5); // "Hello"
    std::cout << "Substring view: " << sv3 << std::endl;

    // 遍历 string_view
    for (char ch : sv3) {
        std::cout << ch << ' ';
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

常用操作

• 构造:

  std::string_view sv1("Hello");  // 从 C 字符串构造
  std::string_view sv2(str);      // 从 std::string 构造
  

• 子串操作:

  std::string_view sv = "Hello, C++!";
  std::string_view sub_sv = sv.substr(0, 5);  // 获取 "Hello"
  

std::string_view 是 C++17 引入的一个轻量级字符串类，用于表示字符串的视图而不实际复制字符串。它的 substr 方法用于获取指定范围内的子字符串视图。

方法原型

std::string_view substr(size_type pos = 0, size_type count = npos) const noexcept;

参数

• pos：起始位置，默认为 0。
• count：要提取的字符数，默认为 npos（即直到字符串结束）。

返回值

返回一个新的 std::string_view，表示从 pos 开始的 count 个字符。

使用示例

#include <iostream>
#include <string_view>

int main() {
    std::string_view str = "Hello, World!";
    
    // 获取从索引 7 开始的子字符串
    std::string_view subStr = str.substr(7);
    std::cout << "Substring: " << subStr << std::endl; // 输出 "World!"

    // 获取从索引 0 开始的 5 个字符
    std::string_view subStr2 = str.substr(0, 5);
    std::cout << "Substring: " << subStr2 << std::endl; // 输出 "Hello"

    return 0;
}

1. 边界检查：如果 pos 超过 std::string_view 的长度，会导致未定义行为。可以使用 size() 方法来确保 pos 是有效的。
2. 不进行拷贝：std::string_view 并不持有字符串的所有权，因此它的生命周期与原始字符串相关联。如果原始字符串在 std::string_view 被使用后被销毁，将导致悬挂引用。
3. 性能优势：使用 std::string_view 可以避免不必要的字符串拷贝，适合在需要频繁操作字符串的情况下使用。

• 长度:

  std::size_t len = sv.length();  // 获取字符串的长度
  

• 访问元素:

  char first_char = sv[0];  // 访问第一个字符
  

• 比较:

  if (sv == "Hello") {
      // 相等
  }
  

注意事项

1. 寿命管理: std::string_view 不拥有其指向的数据，因此必须确保它指向的字符串在 std::string_view 使用期间有效。否则会导致悬空引用的问题。
2. 不可修改: std::string_view 是只读的，不能修改它指向的字符串内容。如果需要修改，应该使用 std::string 或其他可变的字符串类型。

• std::stringstream:
  • 设计用于字符串的读写操作，类似于内存中的字符流（和 std::cin 或 std::cout 类似）。
  • 持有字符串数据，能够进行字符串的格式化操作（如插入、提取等）。
  • 适合动态生成或修改字符串的场景，比如构建一个复杂的字符串或从字符串中提取特定类型的数据。

2. 性能比较

• std::string_view:

  • 高效：不进行内存拷贝或数据持有，操作时间复杂度通常为常数时间。
  • 适用于只读访问已有字符串，非常适合处理子串或无需修改的字符串。
  • 缺点：只能对已有的字符串或字符数组操作，不能修改数据或进行复杂的字符串拼接等操作。

• std::stringstream:

  • 灵活：可以动态构建、修改和操作字符串。
  • 相对较慢：由于 std::stringstream 需要动态分配内存并持有数据，在处理大量数据时会有性能开销。
  • 缺点：不适合只读访问已有的字符串。它的设计目标是进行读写和格式化操作。

3. 使用场景

• std::string_view 适合的场景：

  • 高效读取已有字符串（比如处理输入字符串的子串）。
  • 解析静态字符串或从已有的数据块中获取特定内容。
  • 只需要读取，而不需要修改字符串的地方，尤其是在性能敏感的场合。

  std::string_view sv("Hello, World!");
  if (sv.substr(0, 5) == "Hello") {
      std::cout << "Substring match!" << std::endl;
  }
  

• std::stringstream 适合的场景：

  • 需要对字符串进行格式化、拼接、插入、修改等操作。
  • 需要将数据从其他类型（如 int、double 等）转换为字符串，或从字符串中提取数据。

  std::stringstream ss;
  ss << "Number: " << 42 << ", Float: " << 3.14;
  std::string result = ss.str();  // "Number: 42, Float: 3.14"
  

4. 数据所有权和内存管理

• std::string_view:

  • 不拥有字符串的所有权，只是对现有字符串的引用。用户需要确保引用的字符串在 string_view 的生命周期内有效。
  • 由于它不拷贝数据，内存管理效率很高。

• std::stringstream:

  • 持有字符串数据，意味着它会管理数据的内存分配和释放。在进行复杂的字符串拼接和操作时，可能会引起多次内存分配和拷贝。

5. 字符串修改

• std::string_view:

  • 不允许修改字符串，因为它是一个只读视图。只能访问而不能更改内容。

• std::stringstream:

  • 允许修改字符串，可以向流中添加、删除或提取数据。

6. 代码对比

• std::string_view 例子（只读访问）：

  std::string str = "Hello, World!";
  std::string_view sv(str);
  std::cout << sv.substr(7, 5);  // 输出: "World"
  

• std::stringstream 例子（读写操作）：

  std::stringstream ss;
  ss << "Hello, " << "World!";
  std::string result = ss.str();  // result 是 "Hello, World!"
  

7. 总结

• std::string_view 是高效处理只读字符串的工具，适用于不需要修改数据的场合，主要用于提高性能。
• std::stringstream 则是用于处理字符串的动态操作，如格式化、拼接、转换等，适合需要读写字符串的场景。

根据实际需求选择合适的工具。如果你只需要高效读取字符串内容而不修改，std::string_view 更合适；如果你需要操作或构造字符串，std::stringstream 则是更好的选择。