C++字符串拼接的效率问题

一、前言

在C++中，我们有很多处理字符串的方式，本文讨论这个问题主要是在算法比赛中，在处理大规模字符串的时候，如何去降低程序的运行时间，因为在算法中程序运行时间是很宝贵的，但是在实际的工作中我们往往只需要实现功能即可。

二、常见的字符串拼接手段

由于博主C++只学到了C++11，因此这里只说我说了解到的C++11的内容，对于高版本C++不进行探讨。
我们常用的字符串拼接操作有如下几种：
1. string中重载了“+”，我们可以拿来直接用
2. string中提供了字符串拼接函数：append()
3. 使用C++标准库：stringstream

三、效率比较

这里我写了一段简单的程序：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;

// n是字符串拼接次数
void sstreamAppend(int n){
    stringstream ss;
    ss.str("");
    int i = 0;
	string res = "";
		
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    while(i++ < n){
        ss << i;
        
    }
    res = ss.str();
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start);
    cout << "stringstream拼接" << n << "次字符串所耗费时间为：" << duration.count() << "ms" << endl;
    // cout << "字符串拼接结果为：" << res << endl;
}

// 使用加法的
void stringAdd(int n){
    string res = "";
    int i = 0;
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    while(i++ < n){
        // res += to_string(i);
        res += i;
    }
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start);
    cout << "string使用“+”拼接" << n << "次字符串所耗费时间为：" << duration.count() << "ms" << endl;
    // cout << "字符串拼接结果为：" << res << endl;
}

// 使用函数std::string::append
void stringAppend(int n){
    string res = "";
    int i = 0;
    auto start = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    while(i++ < n){
        res.append(to_string(i));
    }
    auto end = std::chrono::high_resolution_clock::now();
    auto duration = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(end - start);
    cout << "string使用append拼接" << n << "次字符串所耗费时间为：" << duration.count() << "ms" << endl;
    // cout << "字符串拼接结果为：" << res << endl;
}

int main(){
    int n;
    cout << "请输入需要进行拼接的次数" << endl;
    cin >> n;

    thread th1(sstreamAppend, n);
    th1.join();
    thread th2(stringAdd, n);
    th2.join();
    thread th3(stringAppend, n);
    th3.join();
}

我们需要认清楚这篇文章的定位：主要是针对算法比赛，而算法比赛中的字符串拼接通常比较简单，不涉及宽文本等内容，因此我将stringstream置于同等地位，我们需要知道，stringstream的优势是什么：

1. 灵活
2. 支持广泛：它可以支持宽字符等多种字符类型，而string不行，string只是基于ASCII码的

主要就是这两点吧。
==当我输入为一百万（1000000）的时候，我们可得到以下运行结果：
可发现，此时的效率差距还是十分明显的，接下来我们就进行分析。

程序bug更改

先前的那段程序是有问题的，但是我一开始没注意到：我们应该都知道，string是基于ASCII码的，而中文部分使用的是ASCII码，这一点我在平时使用的时候就没怎么注意，因此上面犯了一个错误：我对一个string类型使用“+”，主要是加的是一个数字，而这个数字在字符串拼接的时候被认为是ASCII码，尽管我们没有使用“\”进行转义，但是编译器还是这么认为的，这是一个很低级的错误了。
而在使用append()的时候，这个函数对于参数是有要求的：==它要求参数是basic_string类型的，而我使用了函数to_string将int转换成了string类型，这才没有报错，因此我将有问题的地方进行了修改：
修改后重新运行程序：

可以发现，使用“+”和append()的结果相差无几，但是由于使用了to_string函数，程序的运行效率大大降低，而stringstream仍然保持高效。

stringstream使用str()转换成string的时候是否有效率问题

上面的代码我觉得还不够严谨：stringstream一直在进行流操作，而没有进行字符串的转换，因此为了结果的严谨，我在每次完成字符串拼接的时候，使用str()对字符流进行字符串提取：
再次使用一百万（1000000）进行输入，等了很久都没有发现程序输出，于是将输入更改至一万（10000），可得如下结果：
可发现stringstream具有严重的效率问题，而这个效率问题不在字符串拼接上，在于字符流的字符串提取操作中。

结论、

如果只是大规模的字符串拼接，而在拼接过程中不需要频繁的使用，我更推荐使用stringstream；若是在拼接的过程中需要频繁使用未拼接完的字符串，更推荐使用string，而string的append和“+”没有明显的差异，更推荐append是因为“+”可能会忽视隐式转换，string的字符串拼接操作中，最影响效率的是to_string操作。