拼接小字符串与截取长字符串子串，哪种实现更高效？

我有这样一个使用场景：一次性接收以分隔字符串形式传入的数据块，后续需要在多处使用这些数据，根据需求返回不同形式：有时要包含所有分隔符的完整字符串，有时要单个子串。注意：输入的子串数量有固定上限，最多不超过10个。

示例：

输入数据：
this is string 1- this is string 2- this is string 3
预期输出1（完整字符串）：
this is string 1-this is string 2-this is string 3
预期输出2（单个子串）：
this is string 1-
this is string 2-
this is string 3

我设计了三种实现思路，不确定哪种更高效。注意：对象仅创建一次，但生命周期内会被多次访问。

三种方案代码如下：

方案1：Msg1 #

class Msg1
{
private:
    std::vector<std::string> strings;

public:
    std::string getString() {
        // 返回拼接后的长字符串
    }

    std::string getString(int index) {
        // 返回strings[index]
    }
};

方案2：Msg2 #

class Msg2
{
private:
    std::string string1;
    std::string string2;
    std::string string3;
    // ... 最多到string10

public:
    std::string getString() {
        // 返回string1 + string2 + string3 + ... + string10
    }

    std::string getString(int index) {
        // switch(index) {
        //     case 0: return string1;
        //     case 1: return string2;
        //     // ...
        // }
    }
};

方案3：Msg3 #

class Msg3
{
private:
    std::string longString;

public:
    std::string getString() {
        // 返回longString
    }

    std::string getString(int index) {
        // 查找第index个'-'的位置
        // 截取到下一个'-'或末尾的子串并返回
    }
};

请问这三种方案哪种实现更高效？

方案1（Msg1） #

• 初始化阶段：需要将输入长字符串分割为子串存入vector，一次分割操作时间复杂度为O(L)（L为输入字符串总长度），空间开销为所有子串存储量加上vector的少量额外内存。
• 完整字符串访问：默认实现每次调用都要重新拼接子串，会触发多次内存分配与拷贝，频繁调用时累积开销极高。若优化为第一次调用时缓存拼接结果，后续直接返回，可将该操作开销降至O(1)。
• 单个子串访问：直接返回vector对应元素，O(1)时间复杂度，访问速度极快。

方案2（Msg2） #

• 初始化阶段：与Msg1类似，需将输入字符串分割到10个固定成员变量中，时间复杂度O(L)，空间开销为10个独立std::string的存储量，比Msg1略高但可忽略。
• 完整字符串访问：同样每次调用都要拼接10个字符串，未优化时频繁调用开销大。
• 单个子串访问：通过switch分支直接返回对应成员变量，理论上O(1)且无vector边界检查开销（现代编译器优化后与Msg1差异极小），但扩展性差——子串数量上限调整时需修改类成员与switch逻辑。

方案3（Msg3） #

• 初始化阶段：直接存储输入长字符串，无需分割，初始化速度最快（仅字符串拷贝，O(1)时间），空间开销最小。
• 完整字符串访问：直接返回原字符串，O(1)时间，是三种方案中最快的。
• 单个子串访问：每次调用都需从头遍历字符串查找分隔符，时间复杂度O(L)，频繁访问单个子串时累积开销极大。

结论 #

选择方案需结合你的访问模式：

1. 如果频繁访问完整字符串，很少获取单个子串：Msg3是最优选择，初始化与完整字符串访问开销均最小。
2. 如果频繁获取单个子串，偶尔访问完整字符串：Msg1或Msg2更合适。Msg1扩展性更好，Msg2在子串访问上略优但代码冗余，建议优先选Msg1并优化getString()方法，缓存第一次拼接的结果。
3. 如果两种访问都很频繁：优化后的Msg1是最佳选择——初始化时分割子串，第一次调用完整字符串时缓存结果，后续两种访问均为O(1)时间复杂度，兼顾效率与灵活性。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Sakht Londa