C++23 新成员函数与字符串类型的改动

引言

C++ 作为一门广泛应用的编程语言，一直在不断发展和演进。C++23 作为其发展历程中的一个重要版本，引入了许多新的特性和改进，其中在字符串处理方面有一些显著的改动。这些改动不仅提升了代码的性能和效率，还增强了代码的安全性和可读性。本文将详细介绍 C++23 中几个重要的字符串相关的新特性，包括 std::basic_string::contains 与 std::basic_string_view::contains、禁止从 nullptr 构造 std::basic_string 和 std::basic_string_view、std::basic_string_view 的显式范围构造函数、std::basic_string::resize_and_overwrite 以及用于高效切片的 std::basic_string::substr 右值引用重载。

std::basic_string::contains 与 std::basic_string_view::contains (P1679R3)

功能介绍

在 C++23 之前，如果要检查一个字符串是否包含另一个子字符串，通常会使用 find 函数，并检查其返回值是否不等于 npos。例如：

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string str = "hello world";if (str.find("world") != std::string::npos) {std::cout << "The string contains 'world'" << std::endl;}return 0;
}

C++23 引入了 contains 函数，使得代码更加简洁和直观。std::basic_string::contains 和 std::basic_string_view::contains 提供了三个重载版本，分别用于检查字符串是否包含一个字符串视图、一个字符或一个以空字符结尾的字符串。以下是函数原型：

constexpr bool contains( std::basic_string_view<CharT,Traits> sv ) const noexcept; // (1) (since C++23)
constexpr bool contains( CharT ch ) const noexcept; // (2) (since C++23)
constexpr bool contains( const CharT* s ) const; // (3) (since C++23)

示例代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <string_view>int main() {std::string str = "hello world";std::string_view sv = "world";if (str.contains(sv)) {std::cout << "The string contains the substring" << std::endl;}if (str.contains('o')) {std::cout << "The string contains the character 'o'" << std::endl;}if (str.contains("hello")) {std::cout << "The string contains the C-style string" << std::endl;}return 0;
}

优势

使用 contains 函数可以使代码更加清晰易懂，减少了不必要的代码量，提高了代码的可读性和可维护性。同时，由于其实现通常是内联的，性能上也不会有明显的损失。

禁止从 nullptr 构造 std::basic_string 和 std::basic_string_view (P2166R1)

背景

在 C++23 之前，从 nullptr 构造 std::basic_string 和 std::basic_string_view 的行为是未定义的。这可能会导致程序崩溃或产生不可预期的结果。例如：

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string str(nullptr); // 未定义行为std::cout << str << std::endl;return 0;
}

改动

C++23 通过 P2166R1 提案，禁止了从 nullptr 构造 std::basic_string 和 std::basic_string_view。具体来说，std::basic_string_view 的构造函数 basic_string_view( std::nullptr_t ) 被删除：

basic_string_view( std::nullptr_t ) = delete; // (since C++23)

影响

这一改动提高了代码的安全性，避免了因从 nullptr 构造字符串而导致的潜在错误。如果尝试从 nullptr 构造字符串，编译器会报错，从而在编译阶段就发现问题。

std::basic_string_view 的显式范围构造函数 (P1989R2)

功能介绍

std::basic_string_view 是 C++17 引入的一个轻量级的非拥有型字符串表示，它设计用来提供对字符序列的引用。C++23 引入了显式范围构造函数，使得可以更方便地从一个范围构造 std::basic_string_view。以下是构造函数原型：

constexpr basic_string_view() noexcept ; // (1) (since C++17)
constexpr basic_string_view( const basic_string_view& other ) noexcept = default ; // (2) (since C++17)
constexpr basic_string_view( const CharT* s, size_type count ) ; // (3) (since C++17)
constexpr basic_string_view( const CharT* s ) ; // (4) (since C++17)
template< class It, class End >
constexpr basic_string_view( It first, End last ) ; // (5) (since C++20)
template< class R >
constexpr explicit basic_string_view( R&& r ) ; // (6) (since C++23)

示例代码

#include <iostream>
#include <string>
#include <string_view>int main() {std::string str = "hello world";std::basic_string_view sv(str.begin(), str.end());std::cout << sv << std::endl;return 0;
}

优势

显式范围构造函数提供了更多的灵活性，使得可以直接从迭代器范围构造 std::basic_string_view，而不需要先构造一个临时的字符串对象。这在处理字符串切片和子字符串时非常有用。

std::basic_string::resize_and_overwrite (P1072R10)

功能介绍

std::basic_string::resize_and_overwrite 是 C++23 引入的一个新函数，用于调整字符串的大小并覆盖其内容。该函数接受一个最大大小和一个操作函数作为参数，操作函数用于修改字符串的内容。以下是函数原型：

template< class Operation >
constexpr void resize_and_overwrite( size_type count, Operation op );

示例代码

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string str = "hello";str.resize_and_overwrite(10, [](char* p, size_t count) {for (size_t i = 0; i < count; ++i) {p[i] = 'a';}return count;});std::cout << str << std::endl;return 0;
}

优势

该函数避免了在需要修改字符串内容时，先初始化一个合适大小的 std::string 的开销。它允许直接在字符串的存储上进行操作，提高了性能。

用于高效切片的 std::basic_string::substr 右值引用重载 (P2438R2)

背景

在 C++23 之前，std::basic_string::substr 函数返回一个新的 std::string 对象，这可能会导致不必要的内存分配和复制。特别是当原字符串是一个右值（临时对象）时，这种开销是可以避免的。

改动

C++23 引入了 std::basic_string::substr 的右值引用重载，允许在原字符串是右值时，直接移动其资源，而不是进行复制。这提高了切片操作的效率。

示例代码

#include <iostream>
#include <string>std::string getString() {return "hello world"; 
}int main() {std::string sub = getString().substr(6); std::cout << sub << std::endl; return 0; 
}

优势

右值引用重载的 substr 函数在处理临时字符串时，避免了不必要的复制，提高了性能。特别是在处理大型字符串时，这种优化效果更为明显。

总结

C++23 在字符串处理方面引入的这些新特性和改动，使得代码更加简洁、安全和高效。contains 函数提高了代码的可读性，禁止从 nullptr 构造字符串增强了代码的安全性，显式范围构造函数提供了更多的灵活性，resize_and_overwrite 函数避免了不必要的初始化开销，而 substr 的右值引用重载则提高了切片操作的性能。这些改动将有助于开发者编写更加优质的 C++ 代码。