在 Swift 中追加字符以形成字符串的最快、最精简的方法

Posted 2023-02-24

【中文标题】在 Swift 中追加字符以形成字符串的最快、最精简的方法

【英文标题】：Fastest, leanest way to append characters to form a string in Swift

【发布时间】：2016-04-04 06:07:31

【问题描述】：

我来自 C# 背景，其中System.String 是不可变的，字符串连接相对昂贵（因为它需要重新分配字符串）我们知道使用StringBuilder 类型，因为它预先分配了一个更大的缓冲区，其中单个字符（@ 987654325@，一种 16 位值类型）和短字符串可以很便宜地连接起来，无需额外分配。

我正在将一些 C# 代码移植到 Swift，它从字符长度小于 8 位的子八位字节索引处读取位数组 ([Bool])（这是一种非常注重空间的文件格式）。

我的 C# 代码是这样的：

 StringBuilder sb = new StringBuilder( expectedCharacterCount );
 int idxInBits = 0;
 Boolean[] bits = ...;
 for(int i = 0; i < someLength; i++) 
     Char c = ReadNextCharacter( ref idxInBits, 6 ); // each character is 6 bits in this example
     sb.Append( c );
 

在 Swift 中，我假设 NSMutableString 相当于 .NET 的 StringBuilder，并且我发现了这个关于附加单个字符 (How to append a character to string in Swift?) 的 QA，所以在 Swift 中我有这个：

var buffer: NSMutableString
for i in 0..<charCount 
    let charValue: Character = readNextCharacter( ... )
    buffer.AppendWithFormat("%c", charValue)

return String(buffer)

但我不知道为什么它首先通过格式字符串，这似乎效率低下（在每次迭代中重新解析格式字符串）并且由于我的代码在 ios 设备上运行，我希望对我的程序非常保守CPU 和内存使用情况。

在我写这篇文章的时候，我了解到我的代码真的应该使用UnicodeScalar 而不是Character，问题是NSMutableString 不允许你附加UnicodeScalar 值，你必须使用Swift 自己的可变@ 987654335@ 类型，所以现在我的代码如下所示：

var buffer: String
for i in 0..<charCount 
    let x: UnicodeScalar = readNextCharacter( ... )
    buffer.append(x)

return buffer

我认为String 是不可变的，但我注意到它的append 方法返回Void。

这样做我仍然感到不舒服，因为我不知道 Swift 的 String 类型是如何在内部实现的，而且我不知道如何预先分配一个大缓冲区以避免重新分配（假设 Swift 的 String 使用增长算法）。

【问题讨论】：

在 Swift 中，var 表示 variable，let 表示 constant。在您的情况下， var String 将是可变的，而 let String 将是不可变的。字符也可以附加到可变字符串。对于预分配，您可以使用[Character](count: 100, repeatedValue: "0") 创建一定长度的Characters 数组。 （并使用String(charArray) 将其转换回字符串）。我会说没有这个必要。在 Swift 中追加非常快。

对于它的价值，GitHub 上有一个 Swift StringBuilder 要点：gist.github.com/kristopherjohnson/1fc55e811d944a430289 看起来它旨在实现 C# StringBuilder 类的子集，并且在手动将 C# 程序转换为 Swift 时可能很有用. （至少，如果你不担心让 Swift 纯粹主义者不高兴，他们更愿意重写代码以“以 Swift 方式”完成。）但不幸的是，它是为 Swift 3 之前的 Swift 版本编写的，需要大约 10小改动被接受为有效的 Swift 3。

@J.Wang 这是否意味着“不可变可变”String 与let x: String 语句一起使用？可变字符串与不可变字符串的内部表示可能非常不同，因为它们针对不同的场景（例如不可变子字符串）进行了优化。

【参考方案1】：

（此答案是根据对 Swift 2 和 3 有效的文档和源代码编写的：一旦 Swift 4 到来，可能需要更新和修改）

由于 Swift 现已开源，我们其实可以看一下 Swift 的源代码：s native String

swift/stdlib/public/core/String.swift

从上面的来源，我们有以下评论

/// Growth and Capacity
/// ===================
///
/// When a string's contiguous storage fills up, new storage must be
/// allocated and characters must be moved to the new storage.
/// `String` uses an exponential growth strategy that makes `append` a
/// constant time operation *when amortized over many invocations*.

鉴于上述情况，您不必担心在 Swift 中附加字符的性能（无论是通过 append(_: Character)、append(_: UniodeScalar) 还是 appendContentsOf(_: String)），因为为某个 @987654332 重新分配了连续存储@instance 不应该非常频繁地w.r.t。要进行此重新分配，需要附加的单个字符数。

另请注意，NSMutableString 不是“纯原生”Swift，而是属于桥接 Obj-C 类家族（可通过 Foundation 访问）。

---

对您的评论的注释

“我认为String 是不可变的，但我注意到它的append 方法返回Void。”

String 只是一个（值）类型，可变属性和不可变属性都可以使用它

var foo = "foo" // mutable 
let bar = "bar" // immutable
    /* (both the above inferred to be of type 'String') */

mutating void-return 实例方法 append(_: Character) 和 append(_: UniodeScalar) 可被可变和不可变的 String 实例访问，但与后者一起使用它们自然会产生编译时错误

let chars : [Character]  = ["b","a","r"]
foo.append(chars[0]) // "foob"
bar.append(chars[0]) // error: cannot use mutating member on immutable value ...

【讨论】：

那么+ 和append 在性能方面是否相同？ s+= "a"、s = s + "a" 和 s.append("a") 做同样的工作吗？

@DanM。我们可以访问标准库的（开放）源代码来回答这个问题：+= operator 调用lhs._core.append(rhs._core)。 + operator 创建一个新的String 实例来保存结果（命名为lhs），此后也调用lhs._core.append(rhs._core)。最后append(...) method直接调用_core.append(other._core)。

由于String 有一个内部可变缓冲区（通过StringCore，我理解） - 是否可以预分配该缓冲区？我看不到任何接受容量或保留大小参数的init 函数。

这个答案只保证对 Swift 3 是正确的，因为在 Swift 4 中将对 String 进行重大更改。要分配 String 的内部缓冲区，请使用 s.characters.reserveCapacity(capacity)。这是RangeReplaceableCollection 的协议要求，String.CharacterView 符合。参照。 developer.apple.com/reference/swift/string.characterview 和 developer.apple.com/reference/swift/string.characterview/…

@Dai as BallpointBen:s cmets 下面，您可以为给定数量的字符（扩展字形簇）保留容量，但访问给定 String 实例的 CharacterView 并在查看。