C++ 如何实现仅在堆栈上分配的字符串

在大约十年前的一个项目中，我们发现

std:：vector

的动态分配造成了严重的性能损失。在本例中，分配了许多小向量，因此快速解决方案是编写一个类似向量的类，围绕一个基于堆栈的预分配

char

数组，用作其容量的原始存储。结果是一个

静态向量

。如果你知道一些基本知识，写这样的东西很容易，而且你可以找到这样的野兽。事实上，现在也是

现在在嵌入式平台上工作，我们恰好需要一个

静态\u basic\u字符串

。这将是一个字符串，它在堆栈上预先分配固定的最大内存量，并将其用作其容量

起初我认为这应该是相当容易的（毕竟它可以基于现有的

静态向量
），但再看看
std:：basic_string
的接口，我就不那么确定了。它比
std:：vector
的接口复杂得多。尤其是实现
find（）
函数系列
std:：basic_string
带来的不仅仅是一项乏味的任务

这让我再次思考。毕竟，这就是创建分配器的目的：用其他方法替换基于
new
和
delete
的分配。然而，如果说分配器接口笨拙，那就太轻描淡写了。有几篇文章对此进行了解释，但有一个原因，我在过去15年中看到的本土分配器非常少

所以我的问题是：

如果您必须实现一个相像的
basic\u字符串，您将如何实现它


编写自己的
静态\u基本\u字符串
编写一个分配器以传递给
std:：basic_string
做我没想到的事
使用boost中我不知道的东西

和往常一样，我们有一个相当重要的限制：在嵌入式平台上，我们与GCC4.1.2绑定，因此我们只能使用C++03、TR1和boost 1.52
 编写堆栈分配器很简单，下面是一个示例：


使用分配器，您可以同样轻松地进行分配，例如，从内存映射文件（即磁盘驱动器）或从
char
s的静态数组进行分配。
有许多
基本字符串
实现，有些完全基于动态分配，另一些则只对比给定长度更宽的字符串进行动态分配（事实上，它们在合适的时候使用自己的内部缓冲区）

使用分配器可能不是最好的方法，因为字符串和分配器之间的接口假定分配器对象是容器的一部分，但分配的内存来自容器本身的外部。您可以通过使用POSIX
alloca
实现一个分配器来安排它，并使用所有

在堆栈上实现字符串时的问题是，您不能让它动态增长（可能是当时的堆栈有更多的内容），但您还必须注意像
+=
这样的操作，这些操作会使字符串越来越长

因此，您最终通过预分配（作为数组或alloca提供的缓冲区，在您的类中或在分配器中，不会改变问题）大量的字节来结束，这些字节通常会被浪费，但不会全部填充，或者如果字符串增长过多并且需要动态，则不使用它们

内存到缓存通信过程（通常使用128字节或4KB运行）可能有一个折衷方案，但它强烈依赖于硬件，因此负担得起的复杂性很可能不会带来任何代价

更经济的解决方案可以是分配器，它仍然在堆上分配，但能够保留和重用返回的块（达到一定的限制），从而减少要求系统分配/取消分配的需要

但是，在这种情况下，如果底层系统已经以这种方式实现了
new/delete
，那么性能可能不一定会受益。它还有
SmallVector
和许多其他有用的类

当当前的LLVM代码库转向使用C++11时，（并非如此）旧版本的LLVM支持C++03。
我想我会结合使用实现定义的VLA和标准算法。
第一个问题是：您需要多少额外的接口
使用？大多数
std:：string
的附加接口都可以
使用
中的函数实现（例如。
std:：find
，
std:：find_if
和
std:：search
），以及大量
在某些情况下，它的大部分都不会被使用。
只要在需要的基础上实施它

我认为使用自定义分配器无法实现这一点。
获取“堆栈上”内存的唯一方法是声明它
作为自定义分配器的成员，该分配器将创建所有
复制时会出现各种问题。并且分配器必须是
可复制，并且副本必须是幂等的

也许你可以在互联网上找到一个免费的实现
std:：string
使用小字符串实现；然后
对其进行修改，使截断大小（超过该大小时，将使用动态
分配）大于实际使用的任何字符串。（那里
是标准库的几种开源实现
可用；与g++一起提供的版本仍然使用COW，但是
我怀疑大多数其他人都使用SSO。）
一个很好的起点是。它包括一个SSO策略，基本上可以满足您的需要（在页面中搜索
SmallStringOpt
），并且在您认为必要时可以轻松修改。它早于C++11，所以您在那里也很好。
这是一个工作代码，但不是推荐的方法

这段代码有很多跟踪来显示它在做什么。是的
#include <string>
#include <iostream>

template<typename T, size_t S>
class fixed_allocator
{
  typedef std::allocator<T> _base;

  std::ostream& trace() const { return std::cerr << "TRACE fixed_allocator " << (void*)this ; }

public:
  typedef typename _base::value_type value_type;
  typedef typename _base::pointer pointer;
  typedef typename _base::const_pointer const_pointer;
  typedef typename _base::reference reference;
  typedef typename _base::const_reference const_reference;
  typedef typename _base::size_type size_type;
  typedef typename _base::difference_type difference_type;

  template<class C> struct rebind {
    typedef fixed_allocator<C, S*sizeof(C)/sizeof(T)> other;
  };
  T* buffer_;

  fixed_allocator(T* b) : buffer_(b) { trace() << "ctor: p="  << (void*)b << std::endl; }

  fixed_allocator() : buffer_(0) { trace() << "ctor: NULL" << std::endl; };
  fixed_allocator(const fixed_allocator &that) : buffer_(that.buffer_) { trace() << "ctor: copy " << (void*)buffer_ << " from " << (void*) &that << std::endl; };

  pointer allocate(size_type n, std::allocator<void>::const_pointer hint=0) {
    trace() << "allocating on stack " << n << " bytes" << std::endl;
    return buffer_;
  }

  bool operator==(const fixed_allocator& that) const { return that.buffer_ == buffer_; }
  void deallocate(pointer p, size_type n) {/*do nothing*/}
  size_type max_size() const throw() { return S; }
};

int main()
{
  char buffer_[256];
  fixed_allocator<char, 256> ator(buffer_);
  std::basic_string<char, std::char_traits<char>, fixed_allocator<char, 256> > str(ator);
  str.assign("ipsum lorem");
  std::cout << "String: '" << str << "' length " << str.size() << std::endl;
  std::cout << " has 'l' at " << str.find("l") << std::endl;
  str.append(" dolor sit amet");
  std::cout << "String: '" << str << "' length " << str.size() << std::endl;
  str.insert(0, "I say, ");
  std::cout << "String: '" << str << "' length " << str.size() << std::endl;
  str.insert(7, "again and again and again, ");
  std::cout << "String: '" << str << "' length " << str.size() << std::endl;
  str.append(": again and again and again, ");
  std::cout << "String: '" << str << "' length " << str.size() << std::endl;
  return 0;
}