为什么 libc 的 std::string 实现占用 3x 内存作为 libstdc ？

Question

考虑以下测试程序：

 #include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

int main()
{
    std::cout << sizeof(std::string("hi")) << " ";
    std::string a[10];
    std::cout << sizeof(a) << " ";
    std::vector<std::string> v(10);
    std::cout << sizeof(v) + sizeof(std::string) * v.capacity() << "\n";
}

libstdc++ 和 libc++ 的输出分别为：

 8 80 104
24 240 264

如您所见， libc++ 占用的内存是简单程序的 3 倍。导致这种内存差异的实现有何不同？我需要担心吗？我该如何解决？

原文由 user4390444 发布，翻译遵循 CC BY-SA 4.0 许可协议

Answer 1

这是一个简短的程序，可帮助您探索 std::string 的两种内存使用情况：堆栈和堆。

 #include <string>
#include <new>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>

std::size_t allocated = 0;

void* operator new (size_t sz)
{
    void* p = std::malloc(sz);
    allocated += sz;
    return p;
}

void operator delete(void* p) noexcept
{
    return std::free(p);
}

int
main()
{
    allocated = 0;
    std::string s("hi");
    std::printf("stack space = %zu, heap space = %zu, capacity = %zu\n",
     sizeof(s), allocated, s.capacity());
}

使用 http://melpon.org/wandbox/ 很容易获得不同编译器/lib 组合的输出，例如：

海合会 4.9.1：

 stack space = 8, heap space = 27, capacity = 2

gcc 5.0.0：

 stack space = 32, heap space = 0, capacity = 15

铿锵声/libc++：

 stack space = 24, heap space = 0, capacity = 22

VS-2015：

 stack space = 32, heap space = 0, capacity = 15

（最后一行来自 http://webcompiler.cloudapp.net ）

上面的输出还显示了 capacity ，这是一个衡量 char 字符串在必须从堆中分配一个新的、更大的缓冲区之前可以容纳的量度。对于 gcc-5.0、libc++ 和 VS-2015 实现，这是对 短字符串缓冲区 的度量。也就是说，在堆栈上分配的大小缓冲区用于保存短字符串，从而避免了更昂贵的堆分配。

似乎 libc++ 实现具有最小的（堆栈使用）短字符串实现，但包含最大的短字符串缓冲区。如果计算 总 内存使用量（堆栈 + 堆），libc++ 在所有 4 个实现中，这个 2 字符字符串的总内存使用量最小。

应该注意的是，所有这些测量都是在 64 位平台上进行的。在 32 位上，libc++ 堆栈使用量将下降到 12，小字符串缓冲区下降到 10。我不知道 32 位平台上其他实现的行为，但您可以使用上面的代码找出.

原文由 Howard Hinnant 发布，翻译遵循 CC BY-SA 3.0 许可协议