string_viewは、文字型(char, wchar_t, char16_t, char32_t)の連続した配列で表現された文字列に対する共通の文字列ビューを提供する。文字列は所有しない。
連続した文字型の配列を使った文字列の表現方法には様々ある。C++では最も基本的な文字列の表現方法として、null終端された文字型の配列がある。
char str[6] = { 'h', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'} ;あるいは、文字型の配列と文字数で表現することもある。
// sizeは文字数
std::size_t size
char * ptr ;このような表現をいちいち管理するのは面倒なので、クラスで包むこともある。
class string_type
{
std::size_t size ;
char *ptr
} ;このように文字列を表現する方法は様々ある。これらのすべてに対応していると、表現の数だけ関数のオーバーロードが追加されていくことになる。
// null終端文字列用
void process_string( char * ptr ) ;
// 配列へのポインターと文字数
void process_string( char * ptr, std::size_t size ) ;
// std::stringクラス
void process_string( std::string s ) ;
// 自作のstring_typeクラス
void process_string( string_type s ) ;
// 自作のmy_string_typeクラス
void process_string( my_string_type s ) ;string_viewは様々な表現の文字列に対して共通のviewを提供することで、この問題を解決できる。もう関数のオーバーロードを大量に追加する必要はない。
// 自作のstring_type
struct string_type
{
std::size_t size ;
char * ptr ;
// string_viewに対応する変換関数
operator std::string_view() const noexcept
{
return std::string_view( ptr, size ) ;
}
}
// これひとつだけでよい。
void process_string( std::string_view s ) ;
int main()
{
// OK
process_string( "hello" ) ;
// OK
process_string( { "hello", 5 } ) ;
std::string str( "hello" ) ;
process_string( str ) ;
string_type st{5, "hello"} ;
process_string( st ) ;
}std::stringがstd::basic_string< CharT, Traits >に対するstd::basic_stringであるように、std::string_viewも、その実態はstd::basic_string_viewの特殊化へのtypedef名だ。
// 本体
template<class charT, class traits = char_traits<charT>>
class basic_string_view ;
// それぞれの文字型のtypedef名
using string_view = basic_string_view<char>;
using u16string_view = basic_string_view<char16_t>;
using u32string_view = basic_string_view<char32_t>;
using wstring_view = basic_string_view<wchar_t>;なので、通常はbasic_string_viewではなく、string_viewとかu16string_viewなどのtypedef名を使うことになる。本書ではstring_viewだけを解説するが、その他のtypedef名も文字型が違うだけで同じだ。
string_viewは文字列を所有しない。所有というのは、文字列を表現するストレージの確保と破棄に責任を持つということだ。所有しないことの意味を説明するために、まず文字列を所有するライブラリについて説明する。
std::stringは文字列を所有する。std::string風のクラスの実装は、例えば以下のようになる。
class string
{
std::size_t size ;
char * ptr ;
public :
// 文字列を表現するストレージの動的確保
string ( char const * str )
{
size = std::strlen( str ) ;
ptr = new char[size+1] ;
std::strcpy( ptr, str ) ;
}
// コピー
// 別のストレージを動的確保
string ( string const & r )
: size( r.size ), ptr ( new char[size+1] )
{
std::strcpy( ptr, r.ptr ) ;
}
// ムーブ
// 所有権の移動
string ( string && r )
: size( r.size ), ptr( r.ptr )
{
r.size = 0 ;
r.ptr = nullptr ;
}
// 破棄
// 動的確保したストレージを解放
~string()
{
delete[] ptr ;
}
} ;std::stringは文字列を表現するストレージを動的に確保し、所有する。コピーは別のストレージを確保する。ムーブするときはストレージの所有権を移す。デストラクターは所有しているストレージを破棄する。
std::string_viewは文字列を所有しない。std::string_view風のクラスの実装は、例えば以下のようになる。
class string_view
{
std::size_t size ;
char const * ptr ;
public :
// 所有しない
// strの参照先の寿命は呼び出し側が責任を持つ
string_view( char const * str ) noexcept
: size( std::strlen(str) ), ptr( str )
{ }
// コピー
// メンバーごとのコピーだけでよいのでdefault化するだけでよい
string_view( string_view const & r ) noexcept = default ;
// ムーブはコピーと同じ
// 所有しないので所有権の移動もない
// 破棄
// 何も開放するストレージはない
// デストラクターもトリビアルでよい
} ;string_viewに渡した連続した文字型の配列へのポインターの寿命は、渡した側が責任を持つ。つまり、以下のようなコードは間違っている。
std::string_view get_string()
{
char str[] = "hello" ;
// エラー
// strの寿命は関数の呼び出し元に戻った時点で尽きている
return str ;
}string_viewの構築には4種類ある。
- デフォルト構築
- null終端された文字型の配列へのポインター
- 文字方の配列へのポインターと文字数
- 文字列クラスからの変換関数
constexpr basic_string_view() noexcept;string_viewのデフォルト構築は、空のstring_viewを作る。
int main()
{
// 空のstring_view
std::string_view s ;
}constexpr basic_string_view(const charT* str);このstring_viewのコンストラクターは、null終端された文字型へのポインターを受け取る。
int main()
{
std::string_view s( "hello" ) ;
}constexpr basic_string_view(const charT* str, size_type len);このstring_viewのコンストラクターは、文字型の配列へのポインターと文字数を受け取る。ポインターはnull終端されていなくてもよい。
int main()
{
char str[] = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o'} ;
std::string_view s( str, 5 ) ;
}他の文字列クラスからstring_viewを作るには、変換関数を使う。string_viewのコンストラクターは使わない。
std::stringはstring_viewへの変換関数をサポートしている。独自の文字列クラスをstring_viewに対応させるにも変換関数を使う。例えば以下のように実装する。
class string
{
std::size_t size ;
char * ptr ;
public :
operator std::string_view() const noexcept
{
return std::string_view( ptr, size ) ;
}
} ;これにより、std::stringからstring_viewへの変換が可能になる。
int main()
{
std::string s = "hello" ;
std::string_view sv = s ;
}コレと同じ方法を使えば、独自の文字列クラスもstring_viewに対応させることができる。
std::stringはstring_viewを受け取るコンストラクターを持っているので、string_viewからstringへの変換もできる。
int main()
{
std::string_view sv = "hello" ;
// コピーされる
std::string s = sv ;
}string_viewは既存の標準ライブラリのstringとほぼ同じ操作性を提供している。例えばイテレーターを取ることができるし、operator []で要素にアクセスできるし、size()で要素数が返るし、find()で検索もできる。
template < typename T >
void f( T t )
{
for ( auto c : t )
{
std::cout << c ;
}
if ( t.size() > 3 )
{
auto c = t[3] ;
}
auto pos = t.find( "fox" ) ;
}
int main()
{
std::string s("quick brown fox jumps over the lazy dog.") ;
f( s ) ;
std::string_view sv = s ;
f( sv ) ;
}string_viewは文字列を所有しないので、文字列を書き換える方法を提供していない。
int main()
{
std::string s = "hello" ;
s[0] = 'H' ;
s += ",world" ;
std::string_view sv = s ;
// エラー
// string_viewは書き換えられない
sv[0] = 'h' ;
s += ".\n" ;
}string_viewは文字列を所有せず、ただ参照しているだけだからだ。
int main()
{
std::string s = "hello" ;
std::string_view sv = s ;
// "hello"
std::cout << sv ;
s = "world" ;
// "world"
// string_viewは参照しているだけ
std::cout << sv ;
}string_vieはstringとほぼ互換性のあるメンバーを持っているが、一部の文字列を変更するメンバーは削除されている。
string_viewは先頭と末尾からn個の要素を削除するメンバー関数を提供している。
constexpr void remove_prefix(size_type n);
constexpr void remove_suffix(size_type n);string_viewにとって、先頭と末尾からn個の要素を削除するのは、ポインターをn個ずらすだけなので、これは文字列を所有しないstring_viewでも行える操作だ。
int main()
{
std::string s = "hello" ;
std::string_view s1 = s ;
// "lo"
s1.remove_prefix(3) ;
std::string_view s2 = s ;
// "he"
s2.remove_suffix(3) ;
}このメンバー関数は既存のstd::stringにも追加されている。
std::stringとstd::string_viewにはユーザー定義リテラルが追加されている。
string operator""s(const char* str, size_t len);
u16string operator""s(const char16_t* str, size_t len);
u32string operator""s(const char32_t* str, size_t len);
wstring operator""s(const wchar_t* str, size_t len);
constexpr string_view operator""sv(const char* str, size_t len) noexcept;
constexpr u16string_view operator""sv(const char16_t* str, size_t len) noexcept;
constexpr u32string_view operator""sv(const char32_t* str, size_t len) noexcept;
constexpr wstring_view operator""sv(const wchar_t* str, size_t len) noexcept;以下のように使う。
int main()
{
using namespace std::literals ;
// std::string
auto s = "hello"s ;
// std::string_view
auto sv = "hello"sv ;
}