Куда деваются одномоментные указатели, или управление памятью в работе с std::string

@relationer · Регистрация: 07.11.2013

Author24 — интернет-сервис помощи студентам

Здравствуйте!

Положим, у нас есть функция, возвращающая строку std::string, выглядящая как-то так:

C++

std::string getHome()
{
    return getenv("HOME");
}

Но есть один момент.
Если возвращаемое значение довольно большое, то подобная операция может быть слишком затратной. Я так понимаю, что для вызовов подобных методов компилятор генерирует что-либо такое:

C++

1 2	// Начало std::string s = getHome();

Начало:
<Вызов метода getHome() - сохранение данных о вызове метода, если не inline>
<Выполнение команды getenv -> выделение памяти под значение в функции>
<Возврат из метода -> Выделение памяти под s на основании полученных данных>
<Копирование из выделенной памяти в методе в s>

С другой стороны, компилятор может сделать так, чтобы использовалось только память, выделенная в s.

Таким образом, первый вопрос: для подобных методов память выделяется дважды или один раз?

Далее. Пытаясь справиться с этим, я заменил сигнатуру getHome() на это:

C++

std::string& getHome()
{
    return getenv("HOME");
}

Компилятор ругнулся на меня понятием временного объекта. И, честно говоря, я его прекрасно понимаю.
Правда, именно из-за этой ситуации я решил, что память выделяется дважды.
Далее. Переделываем возвращаемое значение метода на указательное:

C++

std::string* getHome()
{
    return new std::string(getenv("HOME"));
}

Вроде бы все хорошо. Память выделяется только один раз, гарантированно, но...
А если мы используем подобное в выражениях типа:

C++

1	std::string s = "Your home dir is ..." + *getHome();

Итак, если я правильно понимаю внутреннее устройство std::string, для результирующей строки у нас выделяется новая память и туда _копируется_ содержимое обоих строк.
Стоп, а куда девается память, выделенная getHome()!? Она-ж зарезервирована! Утечка!
Можно, конечно, сделать вот так:

C++

1
2
3

std::string *pointer = getHome();
std::string s = "Nja" + *pointer;
delete pointer;

Но, как-то это все... слишком коряво...

И еще одно: сигнатуры некоторых методов из стандартной библиотеки для работы с std::string возвращают std::string&.
Как они это делают? Создают новый указатель - т. е. выделяют в куче независимо от меня память? А иначе же lvalue... И мне ее потом очищать вручную?

Собственно, как грамотно работать с std::string с точки зрения память, какие возращаемые типы указывать для подобных одномоментных функций, подобных указанной выше? Почему стандартные методы из std::string часто возвращают ссылку?
Генерирует ли компилятор двойное выделение памяти (и, как следствие, копирование возвращаемого значения)? Зависит ли это от степени оптимизации? Что происходит при контакенции строк при использовании std::string - если создается новая строка, использующая новую память, как очищать предыдущие ненужные? Как вообще грамотно распределять память в подобных случаях?

P. S. прошу заранее простить за несколько сумбурный и несколько несвязный стиль изложения.

@grizlik78 · 01.05.2014, 16:58

Стоит пользоваться первым вариантом и не забивать себе голову до тех пор, пока не станет точно известно (например с помощью профилировщика), чтоузкоем место именно здесь.
Да, компилятор может создавать временный объект и производить лишнее копирование, но как правило современные компиляторы поддерживают RVO (Return value optimization, оптимизация возвращаемого значения), метод оптимизации как раз для подобных случаев.

@DrOffset · 01.05.2014, 17:06

relationer, во-первых читай про RVO.
во-вторых есть техника COW. std::string ее не использует (в новом стандарте это явно запрещено, в старых не пользовалось популярностью), но можно создать свой класс с такой реализацией или использовать готовый.
В третьих, в С++11 есть move semantics. А в предыдущих это реализуется вот этим паттерном.

Сообщение от relationer

C++

1
2
3

std::string *pointer = getHome();
std::string s = "Nja" + *pointer;
delete pointer;

Так лучше не делать. Ибо безопасность исключений.

Сообщение от relationer

сигнатуры некоторых методов из стандартной библиотеки для работы с std::string возвращают std::string&.Как они это делают?

Это надо каждый конкретный случай отдельно рассматривать.

Сообщение от relationer

Создают новый указатель - т. е. выделяют в куче независимо от меня память?

Нет. Давай конкретный пример - объясню.

Сообщение от relationer

И мне ее потом очищать вручную?

Нет.

Сообщение от relationer

Зависит ли это от степени оптимизации?

Зависит, если рассматривать твои первые примеры.

Сообщение от relationer

Что происходит при контакенции строк при использовании std::string - если создается новая строка, использующая новую память, как очищать предыдущие ненужные?

Создается новая строка. Очищают память деструкторы.

Сообщение от relationer

Как вообще грамотно распределять память в подобных случаях?

Вручную в данном случае ничего распределять не надо. Или тогда std::string не тот класс, который тебе нужен. "Грамотность" зависит от задачи и от результатов профилирования.

Добавлено через 1 минуту

Сообщение от relationer

Стоп, а куда девается память, выделенная getHome()!? Она-ж зарезервирована! Утечка!

Да, утечка. Не стоит так делать.

@~~IrineK~~ · 01.05.2014, 17:32

C++

#include <iostream>
#include <sstream>
 
void GetHome (std::string *s)
{   *s = "HOME, sweet home )";
}
 
int main()
{   std::string s = "No home (";
    GetHome (&s);
 
    std::cout << s;
     
    std::cin.get();
    return 0;
}

@Avazart · 01.05.2014, 22:20

Обычно через ссылку

C++

void GetHome (std::string& s)
{   
   s = "HOME, sweet home )";
}

@grizlik78 2381 / 1665 / 279 Регистрация: 29.05.2011 Сообщений: 3,399
	01.05.2014, 16:58	2
	Стоит пользоваться первым вариантом и не забивать себе голову до тех пор, пока не станет точно известно (например с помощью профилировщика), чтоузкоем место именно здесь. Да, компилятор может создавать временный объект и производить лишнее копирование, но как правило современные компиляторы поддерживают RVO (Return value optimization, оптимизация возвращаемого значения), метод оптимизации как раз для подобных случаев. 1

	01.05.2014, 22:20

Куда деваются одномоментные указатели, или управление памятью в работе с std::string

Решение