引言

C++ 作為一門廣泛應用的編程語言，一直在不斷發展和演進。C++23 作為其發展歷程中的一個重要版本，引入了許多新的特性和改進，其中在字符串處理方面有一些顯著的改動。這些改動不僅提升了代碼的性能和效率，還增強了代碼的安全性和可讀性。本文將詳細介紹 C++23 中幾個重要的字符串相關的新特性，包括 std::basic_string::contains 與 std::basic_string_view::contains、禁止從 nullptr 構造 std::basic_string 和 std::basic_string_view、std::basic_string_view 的顯式范圍構造函數、std::basic_string::resize_and_overwrite 以及用于高效切片的 std::basic_string::substr 右值引用重載。

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

功能介紹

在 C++23 之前，如果要檢查一個字符串是否包含另一個子字符串，通常會使用 find 函數，并檢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 函數，使得代碼更加簡潔和直觀。std::basic_string::contains 和 std::basic_string_view::contains 提供了三個重載版本，分別用于檢查字符串是否包含一個字符串視圖、一個字符或一個以空字符結尾的字符串。以下是函數原型：

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)

示例代碼

#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;
}

優勢

使用 contains 函數可以使代碼更加清晰易懂，減少了不必要的代碼量，提高了代碼的可讀性和可維護性。同時，由于其實現通常是內聯的，性能上也不會有明顯的損失。

禁止從 nullptr 構造 std::basic_string 和 std::basic_string_view (P2166R1)

背景

在 C++23 之前，從 nullptr 構造 std::basic_string 和 std::basic_string_view 的行為是未定義的。這可能會導致程序崩潰或產生不可預期的結果。例如：

#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string str(nullptr); // 未定義行為std::cout << str << std::endl;return 0;
}

改動

C++23 通過 P2166R1 提案，禁止了從 nullptr 構造 std::basic_string 和 std::basic_string_view。具體來說，std::basic_string_view 的構造函數 basic_string_view( std::nullptr_t ) 被刪除：

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

影響

這一改動提高了代碼的安全性，避免了因從 nullptr 構造字符串而導致的潛在錯誤。如果嘗試從 nullptr 構造字符串，編譯器會報錯，從而在編譯階段就發現問題。

std::basic_string_view 的顯式范圍構造函數 (P1989R2)

功能介紹

std::basic_string_view 是 C++17 引入的一個輕量級的非擁有型字符串表示，它設計用來提供對字符序列的引用。C++23 引入了顯式范圍構造函數，使得可以更方便地從一個范圍構造 std::basic_string_view。以下是構造函數原型：

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)

示例代碼

#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;
}

優勢

顯式范圍構造函數提供了更多的靈活性，使得可以直接從迭代器范圍構造 std::basic_string_view，而不需要先構造一個臨時的字符串對象。這在處理字符串切片和子字符串時非常有用。

std::basic_string::resize_and_overwrite (P1072R10)

功能介紹

std::basic_string::resize_and_overwrite 是 C++23 引入的一個新函數，用于調整字符串的大小并覆蓋其內容。該函數接受一個最大大小和一個操作函數作為參數，操作函數用于修改字符串的內容。以下是函數原型：

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

示例代碼

#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;
}

優勢

該函數避免了在需要修改字符串內容時，先初始化一個合適大小的 std::string 的開銷。它允許直接在字符串的存儲上進行操作，提高了性能。

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

背景

在 C++23 之前，std::basic_string::substr 函數返回一個新的 std::string 對象，這可能會導致不必要的內存分配和復制。特別是當原字符串是一個右值（臨時對象）時，這種開銷是可以避免的。

改動

C++23 引入了 std::basic_string::substr 的右值引用重載，允許在原字符串是右值時，直接移動其資源，而不是進行復制。這提高了切片操作的效率。

示例代碼

#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; 
}

優勢

右值引用重載的 substr 函數在處理臨時字符串時，避免了不必要的復制，提高了性能。特別是在處理大型字符串時，這種優化效果更為明顯。

總結

C++23 在字符串處理方面引入的這些新特性和改動，使得代碼更加簡潔、安全和高效。contains 函數提高了代碼的可讀性，禁止從 nullptr 構造字符串增強了代碼的安全性，顯式范圍構造函數提供了更多的靈活性，resize_and_overwrite 函數避免了不必要的初始化開銷，而 substr 的右值引用重載則提高了切片操作的性能。這些改動將有助于開發者編寫更加優質的 C++ 代碼。