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C++性能优化神器：它比 std::stoi 快 3 倍！

程序员的园

发布于 2025-04-01 06:24:21

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1. 背景

我最近在项目中遇到一个需求——针对同一个类型的接口，需要支持传入多种数据类型，大概形式如下，

void UpdateValue(const char* value_name,int value);
void UpdateValue(const char* value_name,double value);
void UpdateValue(const char* value_name,const char* value);

如果是C++接口，可以用重载用模板，但是我需要提供C接口，这些特性都用不了。虽然可以采用如下的方案：

void UpdateIntValue(const char* value_name,int value);
void UpdateDoubleValue(const char* value_name,double value);
void UpdateCharValue(const char* value_name,const char* value);

但是这样的话，每次有新的类型，都需要增加新的接口，每次增加新的接口，都意味着使用库的铜须需要重新编译、集成，这套方案显然是不成熟的。通过思考发现，我可以通过value_name知晓value的类型，所以可以考虑如下的方案：

void UpdateValue(const char* value_name, const char* value);

这样提供的接口是稳定的，不会因为类型增加而改变。但是这样又引入了一个新的问题，就是如何将char*转换为对应的类型，比如int、double等。

通常情况下，我们会使用std::stoi、std::stof等函数，但是这些函数存在一些问题：

性能问题：std::stoi() 和 std::stof() 需要将输入转换为 std::string，这可能导致额外的堆分配和数据拷贝，从而降低性能。
**依赖 std::locale**：许多标准转换函数受 std::locale 影响，可能导致额外的性能开销。
不灵活：std::stoi() 只能处理 std::string，而 std::strtol() / std::strtof() 需要 C 风格字符串，使用起来不够现代化。

对于依赖和不灵活，我到可以退而求其次，但是性能一直是我特别关注的。后来我发现了charconv，它是一个用于字符数组与数值类型之间转换的库，可以高效地进行数值解析和格式化。

当前可查的 std::from_chars() 和 std::stoi() / std::stof() 的性能对比结果如下：

方法	解析整数 (100 万次)	解析浮点数 (100 万次)
std::stoi	120 ms	-
std::from_chars	35 ms	90 ms (C++20)
std::strtol	100 ms	-
std::strtod	-	180 ms

从数据来看，std::from_chars() 解析 整数比 std::stoi() 快 3~4 倍，解析 浮点数比 std::strtod() 快 2 倍，这对性能敏感的应用来说是一个巨大的提升。

2. `charconv`

<charconv> 自 C++17 引入，提供 std::to_chars() 和 std::from_chars()，用于在 数值类型和字符数组 之间进行高效转换。其使用非常简单，如下仅以整数为例，其余类型雷同。

整数转字符串 (`to_chars`)

#include <charconv>
#include <iostream>
#include <array>

int main() {
    std::array<char, 20> buffer; // 预分配足够大的缓冲区
    int value = 12345;
    
    auto [ptr, ec] = std::to_chars(buffer.data(), buffer.data() + buffer.size(), value);
    
    if (ec == std::errc{}) {
        std::cout << "Converted: " << std::string(buffer.data(), ptr) << std::endl;
    } else {
        std::cerr << "Conversion failed" << std::endl;
    }
}

字符串转整数 (`from_chars`)

#include <charconv>
#include <iostream>

int main() {
    constchar* str = "12345";
    int value;
    
    auto [ptr, ec] = std::from_chars(str, str + std::strlen(str), value);
    
    if (ec == std::errc{}) {
        std::cout << "Parsed value: " << value << std::endl;
    } else {
        std::cerr << "Parsing failed" << std::endl;
    }
}

3. 实战建议

虽然 charconv 性能强大，但在使用时需要注意以下几点：

负数解析: std::from_chars() 解析数字时，直到C++20后才支持解析负数，如果项目中不能使用C++20时，需要手动处理：

const char* str = "-123";
int value;

if (*str == '-') {
    auto [ptr, ec] = std::from_chars(str + 1, str + std::strlen(str), value);
    value = -value; // 手动处理负号
}