C++17字符串处理新选择：std::string_view的实用指南

# 1. std::string_view概述

在现代C++开发中，`std::string_view` 是一个轻量级的非拥有型字符串类，它为开发者提供了一种高效处理字符串的方式。与`std::string`不同，`std::string_view`并不拥有数据，而是一个视图，它仅持有对字符序列的引用，这意味着它可以减少不必要的内存复制，提高程序性能。

本章将深入探讨`std::string_view`的含义和使用场景，并为其后的章节打下基础。我们将从`std::string_view`的基本概念和构造方法开始，逐步揭示它的操作特性以及与`std::string`的对比，为理解其在现代C++实践中的应用铺垫。

## 2.1 std::string_view的构造与初始化

### 2.1.1 创建std::string_view对象

要创建一个`std::string_view`对象，可以使用如下几种构造函数：

std::string_view sv1;  // 默认构造函数，创建空的string_view
std::string_view sv2("Hello World");  // 使用const char*构造
std::string_view sv3("Hello World", 5);  // 使用const char*和长度构造

### 2.1.2 字符串字面量与std::string_view

字符串字面量可以直接用来构造`std::string_view`对象：

auto sv4 = "Literal String";  // 字符串字面量直接转换为string_view

这种方式允许`std::string_view`无开销地引用静态存储周期中的字符串，非常适合用于函数参数传递，以减少复制和提高性能。

# 2. std::string_view的基本用法

## 2.1 std::string_view的构造与初始化

### 2.1.1 创建std::string_view对象

`std::string_view` 是C++17引入的一个轻量级的字符串处理类，它提供了一种视图，允许访问给定字符串的字符序列，而不需要拥有字符串本身。创建 `std::string_view` 对象通常很简单，因为它提供了多个构造函数，能够适应不同的需求。

#include <string_view>

int main() {
    // 通过C风格字符串创建std::string_view
    const char* cstr = "Hello, string_view!";
    std::string_view sv1(cstr);

    // 通过C++标准库string对象创建
    std::string str("World!");
    std::string_view sv2(str);

    // 使用substr方法获取子串
    std::string_view sv3(str, 0, 5); // "World"的前5个字符

    // 使用下标和长度来构造
    std::string_view sv4(str.data(), 5); // 与sv3相同

    // 通过两个迭代器来构造std::string_view
    std::string_view sv5(str.begin(), str.end());
    return 0;
}

以上代码展示了如何使用不同的方式创建 `std::string_view` 对象。构造函数接受字符数组（C风格字符串）、`std::string` 对象、字符指针和长度的组合，或者是两个迭代器，从而适应了多种使用场景。

### 2.1.2 字符串字面量与std::string_view

字符串字面量可以直接被用来创建 `std::string_view` 对象。这为处理硬编码的字符串提供了方便和效率。

std::string_view sv{"Example string"};

在上面的代码行中，`"Example string"` 是一个字符串字面量，通过直接传递给 `std::string_view` 的构造函数，我们可以快速得到一个对应的 `std::string_view` 对象。

### 2.1.3 字符串字面量与std::string_view的隐式转换

在C++17中，还有一个重要的特性是对于字符串字面量与 `std::string_view` 的隐式转换，这意味着在很多需要 `std::string_view` 的场合，我们可以直接使用字符串字面量。

void process_string_view(std::string_view sv) {
    // ...
}

// 在需要std::string_view的地方，可以直接使用字符串字面量
process_string_view("Literal string");

这种隐式转换提供了一种便利，开发者可以不必显式创建 `std::string_view` 对象，而是直接使用字符串字面量来满足需求。

## 2.2 std::string_view的操作与特性

### 2.2.1 访问字符与子串

`std::string_view` 提供了 `at` 和 `operator[]` 来访问单个字符，以及 `substr` 来提取子串。

std::string_view sv{"Hello, World!"};

// 通过at方法访问，越界会抛出异常
try {
    char c = sv.at(7); // 'W'
} catch (const std::out_of_range& e) {
    std::cout << e.what() << std::endl;
}

// 通过operator[]访问，越界不会抛出异常，但不安全
char c = sv[7]; // 'W'

// 提取子串
std::string_view sub = sv.substr(7); // "World!"

`at` 方法提供安全的访问方式，而 `operator[]` 则是快速访问但不检查越界，所以当字符串长度不确定时推荐使用 `at`。

### 2.2.2 非修改性操作的介绍

`std::string_view` 设计的主要目的是允许非修改性的操作，它没有提供对底层数据的修改能力，如 `assign`、`append` 或 `push_back` 等方法。这意味着 `std::string_view` 不会改变底层字符串，从而保证了安全性。

// 假设下面的代码是错误的尝试修改std::string_view
std::string_view sv{"Hello"};
sv[0] = 'h'; // 这将不会编译，因为std::string_view不支持修改操作

### 2.2.3 面向对象的设计理念

`std::string_view` 的设计体现了面向对象的编程理念。它提供了接口来访问数据，但没有提供接口来修改数据。这样的设计让 `std::string_view` 可以用作函数参数，来接收字符串数据的只读视图。

void print_length(std::string_view sv) {
    std::cout << "The length of string is: " << sv.length() << std::endl;
}

// 调用函数
print_length("Hello, World!");

`std::string_view` 在这里作为函数参数，接收了传递给它的字符串数据的视图。函数内部无法修改传递进来的字符串，从而使得代码更安全、更易于管理。

## 2.3 std::string_view与std::string的对比

### 2.3.1 性能考量

与 `std::string` 相比，`std::string_view` 没有复制底层数据，它仅仅持有一个指向原始字符串的指针以及一个长度值。这意味着创建 `std::string_view` 对象几乎不需要任何开销，非常适合于性能敏感的场景。

int main() {
    std::string large_string(10000, 'a'); // 一个大的字符串对象
    std::string_view sv = large_string;

    // 执行一些操作...

    return 0;
}

在上面的例子中，创建 `std::string_view` 对象时没有复制任何字符，这比创建 `std::string` 对象要高效得多。

### 2.3.2 使用场景对比

`std::string` 与 `std::string_view` 的选择依赖于使用场景：

- `std::string` 适合于需要修改字符串内容的场景，因为它持有并管理自己的字符数组。
- `std::string_view` 适用于只需要读取数据且不希望复制原始数据的场景。

// std::string的典型用途
void manipulate_string(std::string& str) {