Самый оптимизированный способ конкатенации в строках

Мы всегда сталкивались с множеством ситуаций на ежедневной основе, в которых нам нужно выполнять утомительные и очень много операций с цепочками в нашем коде. Мы все знаем, что струнные манипуляции - дорогостоящие операции. Я хотел бы знать, какая из них самая дешевая среди доступных версий.

Наиболее распространенными операциями являются конкатенация (это то, что мы можем контролировать в некоторой степени). Каков наилучший способ объединить std:: strings в С++ и различные обходные пути для ускорения конкатенации?

Я имею в виду,

std::string l_czTempStr;

1).l_czTempStr = "Test data1" + "Test data2" + "Test data3";

2). l_czTempStr =  "Test data1"; 
    l_czTempStr += "Test data2";
    l_czTempStr += "Test data3";

3). using << operator

4). using append()

Кроме того, получаем ли мы преимущество использования CString над std::string?

ОТВЕТЫ

Ответ 1

Вот небольшой набор тестов:

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <sstream>

int main ()
{
    typedef std::chrono::high_resolution_clock clock;
    typedef std::chrono::duration<float, std::milli> mil;
    std::string l_czTempStr;
    std::string s1="Test data1";
    auto t0 = clock::now();
    #if VER==1
    for (int i = 0; i < 100000; ++i)
    {
        l_czTempStr = s1 + "Test data2" + "Test data3";
    }
    #elif VER==2
    for (int i = 0; i < 100000; ++i)
    {
        l_czTempStr =  "Test data1"; 
        l_czTempStr += "Test data2";
        l_czTempStr += "Test data3";
    }
    #elif VER==3
    for (int i = 0; i < 100000; ++i)
    {
        l_czTempStr =  "Test data1"; 
        l_czTempStr.append("Test data2");
        l_czTempStr.append("Test data3");
    }
    #elif VER==4
    for (int i = 0; i < 100000; ++i)
    {
        std::ostringstream oss;
        oss << "Test data1";
        oss << "Test data2";
        oss << "Test data3";
        l_czTempStr = oss.str();
    }
    #endif
    auto t1 = clock::now();
    std::cout << l_czTempStr << '\n';
    std::cout << mil(t1-t0).count() << "ms\n";
}

Вкл coliru:

Скомпилируйте следующее:

clang++ -std = С++ 11 -O3 -DVER = 1 -Wall -pedantic -pthread main.cpp

21.6463ms

-DVER = 2

6.61773ms

-DVER = 3

6.7855ms

-DVER = 4

102.015ms

Похоже, что 2), += - победитель.

(Также компиляция с и без -pthread влияет на тайминги)

Ответ 2

В дополнение к другим ответам...

Я сделал обширные тесты по этой проблеме некоторое время назад и пришел к выводу, что наиболее эффективное решение (GCC 4.7 и 4.8 на Linux x86/x64/ARM) во всех случаях использования - это прежде всего reserve() строка результата с достаточным пространством для хранения всех конкатенированных строк, а затем только append() их (или используйте operator +=(), что не имеет значения).

К сожалению, мне кажется, я удалил этот тест, поэтому у вас есть только мое слово (но вы можете легко адаптировать тест Mats Petersson, чтобы убедиться в этом сами, если моего слова недостаточно).

В двух словах:

const string space = " ";
string result;
result.reserve(5 + space.size() + 5);
result += "hello";
result += space;
result += "world";

В зависимости от конкретного варианта использования (число, типы и размеры конкатенированных строк), иногда этот метод является наиболее эффективным, а в других случаях он сравним с другими методами, но он никогда не бывает хуже.

Проблема в том, что на самом деле очень сложно вычислить общий требуемый размер заранее, особенно при смешивании строковых литералов и std::string (как явствует из вышеприведенного примера). Ремонтопригодность такого кода абсолютно ужасна, как только вы модифицируете один из литералов или добавляете другую строку для конкатенации.

Один из подходов состоял бы в том, чтобы использовать sizeof для вычисления размера литералов, но ИМХО создает столько же беспорядка, сколько решает, ремонтопригодность по-прежнему ужасна:

#define STR_HELLO "hello"
#define STR_WORLD "world"

const string space = " ";
string result;
result.reserve(sizeof(STR_HELLO)-1 + space.size() + sizeof(STR_WORLD)-1);
result += STR_HELLO;
result += space;
result += STR_WORLD;

Полезное решение (С++ 11, вариативные шаблоны)

Наконец, я решил создать набор вариативных шаблонов, которые эффективно занимаются вычислением размеров строк (например, размер строковых литералов определяется во время компиляции), reserve() по мере необходимости, а затем объединяет все.

Здесь, надеюсь, это полезно:

namespace detail {

  template<typename>
  struct string_size_impl;

  template<size_t N>
  struct string_size_impl<const char[N]> {
    static constexpr size_t size(const char (&) [N]) { return N - 1; }
  };

  template<size_t N>
  struct string_size_impl<char[N]> {
    static size_t size(char (&s) [N]) { return N ? strlen(s) : 0; }
  };

  template<>
  struct string_size_impl<const char*> {
    static size_t size(const char* s) { return s ? strlen(s) : 0; }
  };

  template<>
  struct string_size_impl<char*> {
    static size_t size(char* s) { return s ? strlen(s) : 0; }
  };

  template<>
  struct string_size_impl<std::string> {
    static size_t size(const std::string& s) { return s.size(); }
  };

  template<typename String> size_t string_size(String&& s) {
    using noref_t = typename std::remove_reference<String>::type;
    using string_t = typename std::conditional<std::is_array<noref_t>::value,
                                              noref_t,
                                              typename std::remove_cv<noref_t>::type
                                              >::type;
    return string_size_impl<string_t>::size(s);
  }

  template<typename...>
  struct concatenate_impl;

  template<typename String>
  struct concatenate_impl<String> {
    static size_t size(String&& s) { return string_size(s); }
    static void concatenate(std::string& result, String&& s) { result += s; }
  };

  template<typename String, typename... Rest>
  struct concatenate_impl<String, Rest...> {
    static size_t size(String&& s, Rest&&... rest) {
      return string_size(s)
           + concatenate_impl<Rest...>::size(std::forward<Rest>(rest)...);
    }
    static void concatenate(std::string& result, String&& s, Rest&&... rest) {
      result += s;
      concatenate_impl<Rest...>::concatenate(result, std::forward<Rest>(rest)...);
    }
  };

} // namespace detail

template<typename... Strings>
std::string concatenate(Strings&&... strings) {
  std::string result;
  result.reserve(detail::concatenate_impl<Strings...>::size(std::forward<Strings>(strings)...));
  detail::concatenate_impl<Strings...>::concatenate(result, std::forward<Strings>(strings)...);
  return result;
}

Единственная интересная часть, касающаяся публичного интерфейса, - это последний template<typename... Strings> std::string concatenate(Strings&&... strings) шаблон. Использование прост:

int main() {
  const string space = " ";
  std::string result = concatenate("hello", space, "world");
  std::cout << result << std::endl;
}

При включении оптимизаций любой достойный компилятор должен иметь возможность развернуть вызов concatenate на тот же код, что и мой первый пример, где я вручную написал все. Что касается GCC 4.7 и 4.8, сгенерированный код в значительной степени идентичен, а также производительность.

Ответ 3

Возможный сценарий WORST использует простой старый strcat (или sprintf), так как strcat принимает строку C, и ее нужно "подсчитать", чтобы найти конец. Для длинных строк это настоящий человек. Строки стиля С++ намного лучше, и проблемы с производительностью, скорее всего, будут связаны с распределением памяти, а не с подсчетом длин. Но опять же, строка растет геометрически (удваивается каждый раз, когда она должна расти), так что это не так страшно.

Я бы очень подозревал, что все вышеперечисленные методы заканчиваются тем же или, по крайней мере, очень похожими характеристиками. Во всяком случае, я ожидал бы, что stringstream будет медленнее из-за накладных расходов на поддержку форматирования, но я также подозреваю, что это маргинально.

Как бы то ни было, "весело", я вернусь с эталоном...

Edit:

Обратите внимание, что эти результаты относятся к моей машине, работающей под управлением x86-64 Linux, скомпилированной с g++ 4.6.3. Другие версии ОС, компиляторов и реализаций библиотек выполнения С++ могут отличаться. Если производительность важна для вашего приложения, то сравните систему (ы), которая имеет для вас решающее значение, используя используемые вами компиляторы (компиляторы).

Вот код, который я написал, чтобы проверить это. Возможно, это не идеальное представление о реальном сценарии, но я считаю это типичным сценарием:

#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <string>
#include <sstream>
#include <cstring>

using namespace std;

static __inline__ unsigned long long rdtsc(void)
{
    unsigned hi, lo;
    __asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=a"(lo), "=d"(hi));
    return ( (unsigned long long)lo)|( ((unsigned long long)hi)<<32 );
}

string build_string_1(const string &a, const string &b, const string &c)
{
    string out = a + b + c;
    return out;
}

string build_string_1a(const string &a, const string &b, const string &c)
{
    string out;
    out.resize(a.length()*3);
    out = a + b + c;
    return out;
}

string build_string_2(const string &a, const string &b, const string &c)
{
    string out = a;
    out += b;
    out += c;
    return out;
}

string build_string_3(const string &a, const string &b, const string &c)
{
    string out;
    out = a;
    out.append(b);
    out.append(c);
    return out;
}


string build_string_4(const string &a, const string &b, const string &c)
{
    stringstream ss;

    ss << a << b << c;
    return ss.str();
}


char *build_string_5(const char *a, const char *b, const char *c)
{
    char* out = new char[strlen(a) * 3+1];
    strcpy(out, a);
    strcat(out, b);
    strcat(out, c);
    return out;
}



template<typename T>
size_t len(T s)
{
    return s.length();
}

template<>
size_t len(char *s)
{
    return strlen(s);
}

template<>
size_t len(const char *s)
{
    return strlen(s);
}



void result(const char *name, unsigned long long t, const string& out)
{
    cout << left << setw(22) << name << " time:" << right << setw(10) <<  t;
    cout << "   (per character: " 
         << fixed << right << setw(8) << setprecision(2) << (double)t / len(out) << ")" << endl;
}

template<typename T>
void benchmark(const char name[], T (Func)(const T& a, const T& b, const T& c), const char *strings[])
{
    unsigned long long t;

    const T s1 = strings[0];
    const T s2 = strings[1];
    const T s3 = strings[2];
    t = rdtsc();
    T out = Func(s1, s2, s3);
    t = rdtsc() - t; 

    if (len(out) != len(s1) + len(s2) + len(s3))
    {
        cout << "Error: out is different length from inputs" << endl;
        cout << "Got `" << out << "` from `" << s1 << "` + `" << s2 << "` + `" << s3 << "`";
    }
    result(name, t, out);
}


void benchmark(const char name[], char* (Func)(const char* a, const char* b, const char* c), 
               const char *strings[])
{
    unsigned long long t;

    const char* s1 = strings[0];
    const char* s2 = strings[1];
    const char* s3 = strings[2];
    t = rdtsc();
    char *out = Func(s1, s2, s3);
    t = rdtsc() - t; 

    if (len(out) != len(s1) + len(s2) + len(s3))
    {
        cout << "Error: out is different length from inputs" << endl;
        cout << "Got `" << out << "` from `" << s1 << "` + `" << s2 << "` + `" << s3 << "`";
    }
    result(name, t, out);
    delete [] out;
}


#define BM(func, size) benchmark(#func " " #size, func, strings ## _ ## size)


#define BM_LOT(size) BM(build_string_1, size); \
    BM(build_string_1a, size); \
    BM(build_string_2, size); \
    BM(build_string_3, size); \
    BM(build_string_4, size); \
    BM(build_string_5, size);

int main()
{
    const char *strings_small[]  = { "Abc", "Def", "Ghi" };
    const char *strings_medium[] = { "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz", 
                                     "defghijklmnopqrstuvwxyzabc", 
                                     "ghijklmnopqrstuvwxyzabcdef" };
    const char *strings_large[]   = 
        { "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
          "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
          "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
          "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
          "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
          "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
          "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
          "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
          "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
          "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyz", 

          "defghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabc" 
          "defghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabc" 
          "defghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabc" 
          "defghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabc" 
          "defghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabc"

          "defghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabc" 
          "defghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabc" 
          "defghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabc" 
          "defghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabc" 
          "defghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabc", 

          "ghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdef"
          "ghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdef"
          "ghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdef"
          "ghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdef"
          "ghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdef"
          "ghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdef"
          "ghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdef"
          "ghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdef"
          "ghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdef"
          "ghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdefghijklmnopqrstuvwxyzabcdef"
        };

    for(int i = 0; i < 5; i++)
    {
        BM_LOT(small);
        BM_LOT(medium);
        BM_LOT(large);
        cout << "---------------------------------------------" << endl;
    }
}

Вот некоторые репрезентативные результаты:

build_string_1 small   time:      4075   (per character:   452.78)
build_string_1a small  time:      5384   (per character:   598.22)
build_string_2 small   time:      2669   (per character:   296.56)
build_string_3 small   time:      2427   (per character:   269.67)
build_string_4 small   time:     19380   (per character:  2153.33)
build_string_5 small   time:      6299   (per character:   699.89)
build_string_1 medium  time:      3983   (per character:    51.06)
build_string_1a medium time:      6970   (per character:    89.36)
build_string_2 medium  time:      4072   (per character:    52.21)
build_string_3 medium  time:      4000   (per character:    51.28)
build_string_4 medium  time:     19614   (per character:   251.46)
build_string_5 medium  time:      6304   (per character:    80.82)
build_string_1 large   time:      8491   (per character:     3.63)
build_string_1a large  time:      9563   (per character:     4.09)
build_string_2 large   time:      6154   (per character:     2.63)
build_string_3 large   time:      5992   (per character:     2.56)
build_string_4 large   time:     32450   (per character:    13.87)
build_string_5 large   time:     15768   (per character:     6.74)

Тот же код, выполняемый как 32-разрядный:

build_string_1 small   time:      4289   (per character:   476.56)
build_string_1a small  time:      5967   (per character:   663.00)
build_string_2 small   time:      3329   (per character:   369.89)
build_string_3 small   time:      3047   (per character:   338.56)
build_string_4 small   time:     22018   (per character:  2446.44)
build_string_5 small   time:      3026   (per character:   336.22)
build_string_1 medium  time:      4089   (per character:    52.42)
build_string_1a medium time:      8075   (per character:   103.53)
build_string_2 medium  time:      4569   (per character:    58.58)
build_string_3 medium  time:      4326   (per character:    55.46)
build_string_4 medium  time:     22751   (per character:   291.68)
build_string_5 medium  time:      2252   (per character:    28.87)
build_string_1 large   time:      8695   (per character:     3.72)
build_string_1a large  time:     12818   (per character:     5.48)
build_string_2 large   time:      8202   (per character:     3.51)
build_string_3 large   time:      8351   (per character:     3.57)
build_string_4 large   time:     38250   (per character:    16.35)
build_string_5 large   time:      8143   (per character:     3.48)

Из этого можно заключить:

  • Лучшим вариантом является добавление бит за раз (out.append() или out +=), при этом "привязанный" подход достаточно близко.

  • Предварительное выделение строки не полезно.

  • Использование stringstream - довольно плохая идея (между 2-4x медленнее).

  • char * использует new char[]. Использование локальной переменной в вызывающей функции делает ее самой быстрой, но слегка несправедливо ее сравнивает.

  • В объединении короткой строки есть справедливый бит накладные расходы - простое копирование данных должно быть не более одного цикла на каждый байт (если данные не помещаются в кеш).

edit2

Добавлено, согласно комментариям:

string build_string_1b(const string &a, const string &b, const string &c)
{
    return a + b + c;
}

и

string build_string_2a(const string &a, const string &b, const string &c)
{
    string out;
    out.reserve(a.length() * 3);
    out += a;
    out += b;
    out += c;
    return out;
}

Что дает эти результаты:

build_string_1 small   time:      3845   (per character:   427.22)
build_string_1b small  time:      3165   (per character:   351.67)
build_string_2 small   time:      3176   (per character:   352.89)
build_string_2a small  time:      1904   (per character:   211.56)

build_string_1 large   time:      9056   (per character:     3.87)
build_string_1b large  time:      6414   (per character:     2.74)
build_string_2 large   time:      6417   (per character:     2.74)
build_string_2a large  time:      4179   (per character:     1.79)

(32-разрядный запуск, но 64-бит показывает очень похожие результаты).

Ответ 4

Как и в случае большинства микрооптимизаций, вам нужно будет измерить влияние каждого параметра, предварительно установив его посредством измерения, что это действительно оптимизация бутылочной шее. Нет окончательного ответа.

append и += должны делать то же самое.

+ концептуально менее эффективен, поскольку вы создаете и уничтожаете временные. Ваш компилятор может или не может оптимизировать это так быстро, как добавлять.

Вызов reserve с общим размером может уменьшить количество необходимых распределений памяти - они, вероятно, будут самым большим узким местом.

<< (предположительно, на stringstream) может быть или не быть быстрее; вам нужно будет это измерить. Это полезно, если вам нужно форматировать нестроковые типы, но, вероятно, не будет особенно лучше или хуже при работе со строками.

CString имеет тот недостаток, что он не переносится, и что хакер Unix, такой как я, не может сказать вам, какие его преимущества могут или не могут быть.

Ответ 5

Я решил запустить тест с кодом, предоставленным пользователем Джесси Гудом, слегка модифицированным, чтобы учесть наблюдение за Раппцем, в частности тот факт, что ostringstream создавался в каждой отдельной итерации циклы. Поэтому я добавил несколько случаев, некоторые из которых являются потоком ostring, очищенным с помощью последовательности "oss.str(" "); oss.clear()"

Вот код

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <sstream>
#include <functional>


template <typename F> void time_measurement(F f, const std::string& comment)
{
    typedef std::chrono::high_resolution_clock clock;
    typedef std::chrono::duration<float, std::milli> mil;
    std::string r;
    auto t0 = clock::now();
    f(r);
    auto t1 = clock::now();
    std::cout << "\n-------------------------" << comment << "-------------------\n" <<r << '\n';
    std::cout << mil(t1-t0).count() << "ms\n";
    std::cout << "---------------------------------------------------------------------------\n";

}

inline void clear(std::ostringstream& x)
{
    x.str("");
    x.clear();
}

void test()
{
    std:: cout << std::endl << "----------------String Comparison---------------- " << std::endl;
    const int n=100000;
    {
        auto f=[](std::string& l_czTempStr)
        {
            std::string s1="Test data1";
            for (int i = 0; i < n; ++i)
            {
                l_czTempStr = s1 + "Test data2" + "Test data3";
            }
        };
        time_measurement(f, "string, plain addition");
   }

   {
        auto f=[](std::string& l_czTempStr)
        {
            for (int i = 0; i < n; ++i)
            {
                l_czTempStr =  "Test data1";
                l_czTempStr += "Test data2";
                l_czTempStr += "Test data3";
            }
        };
        time_measurement(f, "string, incremental");
    }

    {
         auto f=[](std::string& l_czTempStr)
         {
            for (int i = 0; i < n; ++i)
            {
                l_czTempStr =  "Test data1";
                l_czTempStr.append("Test data2");
                l_czTempStr.append("Test data3");
            }
         };
         time_measurement(f, "string, append");
     }

    {
         auto f=[](std::string& l_czTempStr)
         {
            for (int i = 0; i < n; ++i)
            {
                std::ostringstream oss;
                oss << "Test data1";
                oss << "Test data2";
                oss << "Test data3";
                l_czTempStr = oss.str();
            }
         };
         time_measurement(f, "oss, creation in each loop, incremental");
     }

    {
         auto f=[](std::string& l_czTempStr)
         {
            std::ostringstream oss;
            for (int i = 0; i < n; ++i)
            {
                oss.str("");
                oss.clear();
                oss << "Test data1";
                oss << "Test data2";
                oss << "Test data3";
            }
            l_czTempStr = oss.str();
         };
         time_measurement(f, "oss, 1 creation, incremental");
     }

    {
         auto f=[](std::string& l_czTempStr)
         {
            std::ostringstream oss;
            for (int i = 0; i < n; ++i)
            {
                oss.str("");
                oss.clear();
                oss << "Test data1" << "Test data2" << "Test data3";
            }
            l_czTempStr = oss.str();
         };
         time_measurement(f, "oss, 1 creation, plain addition");
     }

    {
         auto f=[](std::string& l_czTempStr)
         {
            std::ostringstream oss;
            for (int i = 0; i < n; ++i)
            {
                clear(oss);
                oss << "Test data1" << "Test data2" << "Test data3";
            }
            l_czTempStr = oss.str();
         };
         time_measurement(f, "oss, 1 creation, clearing calling inline function, plain addition");
     }


    {
         auto f=[](std::string& l_czTempStr)
         {
            for (int i = 0; i < n; ++i)
            {
                std::string x;
                x =  "Test data1";
                x.append("Test data2");
                x.append("Test data3");
                l_czTempStr=x;
            }
         };
         time_measurement(f, "string, creation in each loop");
     }

}

Вот результаты:

/*

g++ "qtcreator debug mode"
----------------String Comparison---------------- 

-------------------------string, plain addition-------------------
Test data1Test data2Test data3
11.8496ms
---------------------------------------------------------------------------

-------------------------string, incremental-------------------
Test data1Test data2Test data3
3.55597ms
---------------------------------------------------------------------------

-------------------------string, append-------------------
Test data1Test data2Test data3
3.53099ms
---------------------------------------------------------------------------

-------------------------oss, creation in each loop, incremental-------------------
Test data1Test data2Test data3
58.1577ms
---------------------------------------------------------------------------

-------------------------oss, 1 creation, incremental-------------------
Test data1Test data2Test data3
11.1069ms
---------------------------------------------------------------------------

-------------------------oss, 1 creation, plain addition-------------------
Test data1Test data2Test data3
10.9946ms
---------------------------------------------------------------------------

-------------------------oss, 1 creation, clearing calling inline function, plain addition-------------------
Test data1Test data2Test data3
10.9502ms
---------------------------------------------------------------------------

-------------------------string, creation in each loop-------------------
Test data1Test data2Test data3
9.97495ms
---------------------------------------------------------------------------


g++ "qtcreator release mode" (optimized)
----------------String Comparison----------------

-------------------------string, plain addition-------------------
Test data1Test data2Test data3
8.41622ms
---------------------------------------------------------------------------

-------------------------string, incremental-------------------
Test data1Test data2Test data3
2.55462ms
---------------------------------------------------------------------------

-------------------------string, append-------------------
Test data1Test data2Test data3
2.5154ms
---------------------------------------------------------------------------

-------------------------oss, creation in each loop, incremental-------------------
Test data1Test data2Test data3
54.3232ms
---------------------------------------------------------------------------

-------------------------oss, 1 creation, incremental-------------------
Test data1Test data2Test data3
8.71854ms
---------------------------------------------------------------------------

-------------------------oss, 1 creation, plain addition-------------------
Test data1Test data2Test data3
8.80526ms
---------------------------------------------------------------------------

-------------------------oss, 1 creation, clearing calling inline function, plain addition-------------------
Test data1Test data2Test data3
8.78186ms
---------------------------------------------------------------------------

-------------------------string, creation in each loop-------------------
Test data1Test data2Test data3
8.4034ms
---------------------------------------------------------------------------
*/

Теперь использование std::string по-прежнему быстрее, а append по-прежнему является самым быстрым способом конкатенации, но ostringstream уже не так ужасно ужасен, как это было раньше.

Ответ 6

Есть несколько важных параметров, которые могут повлиять на решение "наиболее оптимизированного пути". Некоторые из них: размер строки/содержимого, количество операций, оптимизация компилятора и т.д.

В большинстве случаев string::operator+= работает лучше всего. Однако иногда на некоторых компиляторах также наблюдается, что ostringstream::operator<< работает лучше всего [например, MingW g++ 3.2.3, 1,8 ГГц, один процессор Dell PC]. Когда возникает контекст компилятора, то это главным образом оптимизация в компиляторе, которая повлияет. Кроме того, что stringstreams являются сложными объектами по сравнению с простыми строками и, следовательно, добавляются к служебным данным.

Для получения дополнительной информации - обсуждение, статья.

Ответ 7

Так как ответ на этот вопрос довольно старый, я решил обновить его с помощью современного компилятора и сравнить оба решения по @jesse-good и шаблонной версии от @syam

Вот комбинированный код:

#include <iostream>
#include <string>
#include <chrono>
#include <sstream>
#include <vector>
#include <cstring>


#if VER==TEMPLATE
namespace detail {

  template<typename>
  struct string_size_impl;

  template<size_t N>
  struct string_size_impl<const char[N]> {
    static constexpr size_t size(const char (&) [N]) { return N - 1; }
  };

  template<size_t N>
  struct string_size_impl<char[N]> {
    static size_t size(char (&s) [N]) { return N ? strlen(s) : 0; }
  };

  template<>
  struct string_size_impl<const char*> {
    static size_t size(const char* s) { return s ? strlen(s) : 0; }
  };

  template<>
  struct string_size_impl<char*> {
    static size_t size(char* s) { return s ? strlen(s) : 0; }
  };

  template<>
  struct string_size_impl<std::string> {
    static size_t size(const std::string& s) { return s.size(); }
  };

  template<typename String> size_t string_size(String&& s) {
    using noref_t = typename std::remove_reference<String>::type;
    using string_t = typename std::conditional<std::is_array<noref_t>::value,
                                              noref_t,
                                              typename std::remove_cv<noref_t>::type
                                              >::type;
    return string_size_impl<string_t>::size(s);
  }

  template<typename...>
  struct concatenate_impl;

  template<typename String>
  struct concatenate_impl<String> {
    static size_t size(String&& s) { return string_size(s); }
    static void concatenate(std::string& result, String&& s) { result += s; }
  };

  template<typename String, typename... Rest>
  struct concatenate_impl<String, Rest...> {
    static size_t size(String&& s, Rest&&... rest) {
      return string_size(s)
           + concatenate_impl<Rest...>::size(std::forward<Rest>(rest)...);
    }
    static void concatenate(std::string& result, String&& s, Rest&&... rest) {
      result += s;
      concatenate_impl<Rest...>::concatenate(result, std::forward<Rest>(rest)...);
    }
  };

} // namespace detail

template<typename... Strings>
std::string concatenate(Strings&&... strings) {
  std::string result;
  result.reserve(detail::concatenate_impl<Strings...>::size(std::forward<Strings>(strings)...));
  detail::concatenate_impl<Strings...>::concatenate(result, std::forward<Strings>(strings)...);
  return result;
}

#endif

int main ()
{
typedef std::chrono::high_resolution_clock clock;
typedef std::chrono::duration<float, std::milli> ms;
std::string l_czTempStr;


std::string s1="Test data1";


auto t0 = clock::now();
#if VER==PLUS
for (int i = 0; i < 100000; ++i)
{
    l_czTempStr = s1 + "Test data2" + "Test data3";
}
#elif VER==PLUS_EQ
for (int i = 0; i < 100000; ++i)
{
    l_czTempStr =  "Test data1"; 
    l_czTempStr += "Test data2";
    l_czTempStr += "Test data3";
}
#elif VER==APPEND
for (int i = 0; i < 100000; ++i)
{
    l_czTempStr =  "Test data1"; 
    l_czTempStr.append("Test data2");
    l_czTempStr.append("Test data3");
}
#elif VER==STRSTREAM
for (int i = 0; i < 100000; ++i)
{
    std::ostringstream oss;
    oss << "Test data1";
    oss << "Test data2";
    oss << "Test data3";
    l_czTempStr = oss.str();
}
#elif VER=TEMPLATE
for (int i = 0; i < 100000; ++i)
{
    l_czTempStr = concatenate(s1, "Test data2", "Test data3");
}
#endif

#define STR_(x) #x
#define STR(x) STR_(x)

auto t1 = clock::now();
//std::cout << l_czTempStr << '\n';
std::cout << STR(VER) ": " << ms(t1-t0).count() << "ms\n";
}

Инструкция по тестированию:

for ARGTYPE in PLUS PLUS_EQ APPEND STRSTREAM TEMPLATE; do for i in 'seq 4' ; do clang++ -std=c++11 -O3 -DVER=$ARGTYPE -Wall -pthread -pedantic main.cpp && ./a.out ; rm ./a.out ; done; done

И результаты (обрабатываются с помощью электронной таблицы, чтобы показать среднее время):

PLUS       23.5792   
PLUS       23.3812   
PLUS       35.1806   
PLUS       15.9394   24.5201
PLUS_EQ    15.737    
PLUS_EQ    15.3353   
PLUS_EQ    10.7764   
PLUS_EQ    25.245    16.773425
APPEND     22.954    
APPEND     16.9031   
APPEND     10.336    
APPEND     19.1348   17.331975
STRSTREAM  10.2063   
STRSTREAM  10.7765   
STRSTREAM  13.262    
STRSTREAM  22.3557   14.150125
TEMPLATE   16.6531   
TEMPLATE   16.629    
TEMPLATE   22.1885   
TEMPLATE   16.9288   18.09985

Сюрпризом является strstream, который, похоже, имеет много преимуществ от С++ 11 и последующих улучшений. Вероятно, какое-то влияние оказывает удаление необходимого выделения из-за введения семантики перемещения.

Вы можете проверить это самостоятельно на coliru