string 源码学习

简介

标准库

预处理指令

#pragma pack()

#pragma pack是C/C++中用于控制结构体(struct)，联合体(union)和类(class)成员内存对齐的预处理指令。通过调整对齐方式，可以优化内存使用或兼容特定硬件/协议的数据布局要求。

设置对齐值： #pragma pack(n)

指定成员的对齐字节数为 n，常见值为1，2，4，8，16

#pragma pack(1)  // 设置为 1 字节对齐
struct MyStruct {
    char a;
    int b;
    short c;
};
#pragma pack()   // 恢复默认对齐

保存和恢复对齐状态: push和pop

用于临时修改对齐方式后恢复之前的设置

#pragma pack(push, 2)  // 保存当前对齐并设置为 2 字节
struct Example {
    char a;
    int b;
};
#pragma pack(pop)       // 恢复之前的对齐方式

对齐规则
- 成员对齐值：每个成员的对齐值为 min(n, 自然对齐值)
  - 自然对齐值通常是成员自身大小(例如int为4字节)
  - 若n = 1，所有成员紧密排列，无填充
- 结构体总大小：必须是最大成员对齐值的倍数。

默认对齐(假设4字节)

struct DefaultAlign {
    char a;   // 1 字节
    int b;    // 4 字节（需对齐到 4 的倍数，a 后填充 3 字节）
    short c;  // 2 字节（结构体总大小需为 4 的倍数，c 后填充 2 字节）
};
// 总大小 = 1 + 3（填充） + 4 + 2 + 2（填充） = 12 字节

1字节对齐

#pragma pack(1)
struct PackedAlign {
    char a;  // 1 字节
    int b;   // 4 字节（无需填充）
    short c; // 2 字节
};
#pragma pack()
// 总大小 = 1 + 4 + 2 = 7 字节

应用场景：
- 减少内存占用：通过紧密排列节省空间(尤其在嵌入式系统中)
- 兼容性需求：确保数据布局与硬件，协议或文件格式一致(例如网络协议头)
- 跨平台数据交换：消除不同编译器默认对齐带来的差异。
注意事项
- 性能影响：过度使用 #pragma pack(1) 可能导致非对齐内存访问，降低性能
- 可移植性：不同编译器可能对默认对齐的处理不同，跨平台代码需谨慎
- 与编译选项结合：如 GCC 的 attribute((packed)) 或 MSVC 的 __declspec(align(n))
- 二进制兼容性：直接读写结构体二进制时，还需考虑字节序(大端/小端)问题

#pragma warning()

#pragma warning是C/C++中用于控制编译器警告的预处理指令，主要针对MSVC(Microsoft Visual C++)编译器。通过该指令，开发者可以灵活的禁用，启用或修改特定警告的行为，从而优化编译输出或解决代码兼容性问题。

禁用/启用单个警告

1
2
3

#pragma warning(disable: 警告编号)  // 禁用指定警告
#pragma warning(default: 警告编号)  // 恢复警告到默认状态
#pragma warning(once: 警告编号)    // 仅显示一次指定警告

使用 push 和 pop 操作可以临时修改警告设置，并自动恢复之前的配置

#pragma warning(push)            // 保存当前警告状态
#pragma warning(disable: 4996)   // 临时禁用 C4996
// ... 部分代码 ...
#pragma warning(pop)             // 恢复之前的警告状态

批量操作

1 2	#pragma warning(disable: 4996 4385) // 禁用多个警告（逗号分隔） #pragma warning(disable: 4996; 4385) // 分号分隔亦可

注意事项
- 不要滥用：过度禁用警告可能掩盖潜在代码问题
- 跨平台兼容性：#pragma warning 是MSVC特有指令，其他编译器(例如GCC/Clang)需使用其他方式
  - GCC/Clang： #pragma GCC diagnostic ignored “-W警告名称”
- 作用域限制： #pragma warning 的作用域为当前文件，且从声明位置开始生效
- 优先级：编译器的 /Wn 选项(例如/W0 禁用所有警告)会覆盖 #pragma warning

#pragma push_macro()

#pragma push_macro() 是C/C++中用于临时保存和恢复宏定义的预处理指令，主要用于在代码块中临时修改宏定义并恢复原始状态。它在处理宏冲突，兼容第三方库或控制宏作用域时非常有用。
保存宏定义：#pragma push_macro(“宏名称”)
- 将当前宏的定义状态(包括是否已定义及其值)压入内部栈

恢复宏定义：#pragma pop_macro(“宏名称”)

从栈中弹出最近的宏定义状态并恢复

#define VALUE 100

#pragma push_macro("VALUE")  // 保存当前 VALUE 的定义
#undef VALUE
#define VALUE 200            // 临时修改 VALUE

// 在此区域中 VALUE = 200

#pragma pop_macro("VALUE")   // 恢复原始的 VALUE 定义

// 恢复后 VALUE = 100

核心功能：
- 避免宏污染：在特定代码段内修改宏，不影响全局或其他代码
- 兼容性处理：解决与第三方库或系统头文件的宏冲突
- 精准控制宏作用域：类似栈的操作(先进后出)，支持嵌套保存和恢复

解决宏命名冲突：

当系统头文件（如 Windows API）定义了通用名称的宏（如 max/min）时，可通过 push_macro 临时禁用：

#pragma push_macro("max")     // 保存原始的 max 定义
#pragma push_macro("min")
#undef max
#undef min

#include <Windows.h>          // 包含可能定义 max/min 的头文件

#pragma pop_macro("min")      // 恢复 min
#pragma pop_macro("max")      // 恢复 max

临时覆盖宏定义

在测试或调试时临时修改宏行为

#define DEBUG_MODE 1

#pragma push_macro("DEBUG_MODE")
#undef DEBUG_MODE
#define DEBUG_MODE 0  // 强制关闭调试模式

// 执行无需调试的代码

#pragma pop_macro("DEBUG_MODE")  // 恢复调试模式

兼容旧代码

当旧代码依赖已被废弃的宏时，可局部恢复旧定义

#pragma push_macro("OLD_MACRO")
#define OLD_MACRO deprecated_code()

// 调用旧代码
old_function();  // 内部使用 OLD_MACRO

#pragma pop_macro("OLD_MACRO")

注意事项：
- 配对使用：push_macro和pop_macro必须成对出现，否则可能导致未定义行为
- 作用域限制：虽然预处理指令不受代码块作用域限制，但通常建议在文件或模块级别使用
- 编译器支持：
  - MSVC：完全支持
  - GCC/Clang：需高版本支持（GCC 4.4+，Clang 2.9+）
- 宏名需为字符串字面量：必须用双引号包裹宏名称（如 “VALUE”）

#pragma GCC system_header

#pragma GCC system_header 是GCC编译器特有的预处理指令，用于将当前文件标记为系统头文件。这一指令会影响编译器对代码的警告和错误处理策略，通常用于抑制第三方库或系统头文件中的非关键警告，使编译输出更简洁。
核心作用
- 抑制警告：标记为系统头文件后，GCC会忽略其内部的绝大多数警告(例如未使用变量，类型转换等)，但保留致命错误(例如语法错误)
- 兼容性处理：避免第三方头文件中的代码因编译选项(例如-Wall, -Wextra)产生干扰性警告
- 行为模拟：让自定义头文件的行为与系统头文件一致。
工作原理：
- 作用范围：从 #pragma GCC system_header 出现的位置开始，到当前文件结束
- 警告过滤：GCC对系统头文件中的代码应用更宽松的警告策略，类似于编译时添加了-isystem选项(但优先级更高)
- 层级影响：若在头文件 A 中标记 system_header，则所有通过 #include 包含 A 的文件也会继承此行为。
注意事项：
- 谨慎使用：过度使用会掩盖潜在代码问题，建议仅用于稳定且可信的代码
- 作用域限制：仅对当前文件有效，不影响其他文件
- 编译选项优先级：
  - 若使用 -Wsystem-headers 编译选项，GCC 仍会显示系统头文件中的警告
  - 若使用 -isystem 指定头文件路径，其行为与 #pragma GCC system_header 类似，但后者优先级更高
- 非标准特性：此指令是 GCC 扩展，其他编译器（如 MSVC、Clang）可能不支持。Clang 部分兼容，但行为可能不同
- 不可嵌套：无法通过 push/pop 机制恢复状态，需通过文件作用域管理。

string文件

string 类型是 basic_string 的别名。wstring 类型是 basic_string 的别名。
不同类型的字符串类(string, u8string, u16string, u32string, wstring)都是基于 basic_string，唯一不同的是T的类型(char, char8_t, char16_t, char32_t, wchar_t)
深入学习 std::string ，就需要深入学习 std::basic_string<>

bacis_string

std::string::size() 和 std::string::length()

两者都是返回成员变量： std::basic_string::_M_string_length

std::string::max_size()

返回可能存放的最大字符数量

resize()

void resize(size_type __n, _CharT __c);
- 这个函数将 std::string 缩放到指定的长度 __n 并使用 __c 填充.
- 当 __n 小于 std::string 的当前大小时，删除超出的。
void resize(size_type __n);
- 内部调用的是 this->resize(__n, _CharT()); 这表示使用默认字符 0 来进行对 std::string 的缩放。

shrink_to_fit()

void shrink_to_fit();
- 内部调用： reserve();
- 将 capacity() 减少到 size()。

capacity()

size_type capacity();
- 返回 std::string 在需要申请内存之前能够存放的总字符数。

reserve()

void reserve(size_type __res_arg)
- 尝试使用指定的字节数预分配足够的内存资源。如果要申请的字节数大于 max_size() 则会抛出异常 std::length_error

clear()

void clear();
- 擦除字符串，使其变为空
- 内部调用的是 _M_set_length(0); 这个函数内部动作是将成员变量 _M_string_length 赋值为0；调用 traits_type::assign()将成员变量 _M_dataplus 设置为0.

empty()

bool empty();
- 返回 size() == 0 的判定结果。

operator[]

const_reference operator[] (size_type __pos) const;
- 内部先调用断言： __glibcxx_assert(__pos <= size()); 判断下标是否超出界限。
- 再直接进行数组的下标访问: _M_data()[__pos];

at()

const_reference at(size_type __n) const;
- 内部先对 __n 进行判断，如果大于等于 size()，则手动抛出一个超出范围的异常。
- 如果小于size()，则正常进行数组的下标访问。

front()

reference front() noexcept;
- 内部就是的调用 operator; 直接访问第0个位置的元素

back()

reference back() noexcept;
- 内部就是调用 operator - 1)；直接访问最后一个位置的元素。

operator+=()

basic_string& operator+=(const basic_string& __str);
- 内部就是调用 append(__str);