使用字面常量时传递std::string是否该用引用？示例时间差异解析

测试代码 #

bool funcWithoutReference(const std::string Text)
{
    return Text == "Hello!";
}

bool funcWithReference(const std::string& Text)
{
    return Text == "Hello!";
}

int main()
{
    // Example 1: Average execution time: 13.652 sec
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
        std::string text = "Hello";
        funcWithoutReference(text);
    }

    // Example 2: Average execution time: 7.283 sec
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
        funcWithoutReference("Hello");
    }

    // Example 3: Average execution time: 7.249 sec
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
        std::string text = "Hello";
        funcWithReference(text);
    }

    // Example 4: Average execution time: 7.292 sec
    for (int i = 0; i < 10000000; i++) {
        funcWithReference("Hello");
    }

    return 0;
}

问题解答 #

1. 示例1与示例2的执行时间差异原因 #

示例1中，每次循环先创建std::string text对象，再以传值方式传递给函数。传值参数会触发std::string的拷贝构造函数，需要为形参分配内存并复制原对象的所有数据——这一操作在1000万次循环累加后，带来了显著的性能开销，导致执行时间较长。

示例2中，直接传递字符串字面量"Hello"给传值函数时，C++会先构造临时std::string对象，但编译器会触发拷贝消除优化：跳过临时对象到形参的拷贝步骤，直接在函数形参的内存位置构造临时std::string。这就避免了额外的拷贝开销，仅保留临时对象的构造开销，因此执行时间大幅降低。

2. 示例2与示例3、4执行时间接近的原因 #

• 示例3中，将已创建的std::string变量以const引用方式传递，仅会为形参创建引用绑定，不会触发任何拷贝操作，开销极小，主要耗时在循环本身和字符串比较。
• 示例4中，将字面量传递给const引用时，编译器会构造临时std::string对象并将引用绑定到该临时对象上（临时对象的生命周期会被延长至引用的生命周期），核心开销是临时对象的构造，和示例2中的临时对象构造开销一致。
• 示例2经过拷贝消除优化后，仅保留临时对象的构造开销，和示例3、4的核心耗时环节对齐，因此三者执行时间几乎一致。

关于拷贝的补充说明 #

并非只有传递变量时才会发生拷贝：

• 传递具名对象（如示例1中的text变量）给传值参数时，一定会触发拷贝构造，产生拷贝开销；
• 传递临时对象（如字面量构造的std::string）给传值参数时，编译器会通过拷贝消除优化避免拷贝，此时不会产生额外的拷贝开销。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者vekewi9562