在 C++23 中，std::string 增加了 resize_and_overwrite 成员函数，这个函数用于消除 std::string 扩容时的额外开销。下面看一个例子。

如果要将一个 std::string 初始化为 0 ~ 127 所有 ASCII 字符，在 C++23 前可能会这么写：

#include <string>

int main() {
    std::string s(128, '\0');
    for (std::size_t i = 0; i < s.size(); i++)
        s[i] = static_cast<char>(i);
}

第一步，将 s 初始化为 128 个空字符。

第二步，使用循环为 s 的每个字节赋值。

在这个过程中，第一步的初始化是完全没有必要的，因为每个字节最终都会被新的值覆盖。

在 C++23 以前，第一步是无法省略的，简单来说，STL 提供的抽象是“元素管理器”，而不是“内存管理器”，因此 STL 保存的是已经被初始化的元素，而不会是“刚被分配还未初始化的内存”。

注意，以下写法是错误的：

#include <string>

int main() {
    std::string s;
    s.reserve(128);
    for (std::size_t i = 0; i < s.size(); i++)
        s[i] = static_cast<char>(i);
}

reserve 成员函数仅改变底层分配的内存大小，而不改变 std::string 中的元素数量。在调用 reserve 后，字符串 s 依然是空字符串，此时往里面写内容属于越界写。

在 C++23 以后，使用 resize_and_overwrite 函数可以省略无意义的初始化。下面看示例：

#include <string>

int main() {
    std::string s;
    s.resize_and_overwrite(128, [](char *s, std::size_t n){
        for (int i = 0; i < 128; i++)
            s[i] = static_cast<char>(i);
        return n;
    });
}

resize_and_overwrite 接受两个参数，第一个参数 n 是最大分配内存，第二个参数 op 是一个可调用对象（函数指针、重载 () 的类、lambda 表达式等），这个对象的调用返回一个整型值。

在调用 resize_and_overwrite 时，首先会为字符串分配 n 个字节的空间，接着会调用可调用对象 op，将 s.data() 和 n 作为参数传递给 op，最后使用 op 的返回值作为字符串的实际元素数量。

结合上面的代码，首先 s 分配 128 字节的空间，然后调用第二个参数 lambda 表达式，将 s.data() 和 128 作为 lambda 表达式的参数。在 lambda 表达式里，使用 for 循环向字符串中写入 0 ~ 127 共 128 个 ASCII 字符，最后返回 n，也就是 128，表示字符串的实际元素数量是 128。调用完毕后，s.size() 为 128，s.capacity() 为 1024。

在使用这个函数时有几点需要注意：

  • 可调用对象 op 的返回值不能大于第一个参数 n
  • 可调用对象 op 里执行的操作不能越界写，即不能写超过 n 个字符
  • 在可调用对象 op 里必须确保每个元素都被初始化
  • 可调用对象 op 不能抛出异常，否则是未定义行为

使用 resize_and_overwrite 避免了字符串 resize 时多余的初始化，这也是 C++ 零成本抽象理念的具体体现。

最后修改：2025 年 05 月 21 日
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