String Optimization

SSO (Small/Short String Optimization)

概念:當字串夠短時,直接在物件本身儲存字串,而不是另外再去要一個空間

實作上,一個 String 通常會存有 pointer、size、capacity 三個資料, 當 String 發現字串夠短時, 可以直接把原本用於 pointer、size、capacity 的記憶體空間拿來儲存 char array, 藉此省去動態要空間的消耗。


以下是 32-bit 系統上的狀況:

原本:

../_images/SSO-origin.png

我們需要一個不合法的 String 表示方式來代表我們正在使用 SSO。 因此我們利用 size > capacity 這個不正常的狀況。 如果 size 的 MSB (most significant bit) 是 1 而且 capacity 的 MSB 是 0 時, 我們就進入了這個狀況。 搭配 bitshifting,我們把 size 和 capacity 的 MSB 都聚集到一邊 (此時 capacity 會凸出去一個 bit 到 size), 形成以下情況:

../_images/SSO-shift.png

接著我們把前面的 bits 都拿來儲存資料, 因此我們獲得了 11 bytes 的 char array、6 個 bits 儲存 array 長度、2 個 bits 表示 SSO mode: (此時的 11 bytes 還需要負責儲存結尾的 \0)

../_images/SSO-version1.png

現在我們把 array 長度的表示法換一下, 改成 11 - size, 當前面存滿 11 個 bytes 時, 這六個 bits 就會變成 0。 另外我們把一開始 size 的 MSB 改成儲存它的相反值 (取 NOT), 因此我們會在結尾兩個 bits 是 0 時進入 SSO mode:

../_images/SSO-version2.png

此時我們實際可以儲存的資料就多了一個 byte, 因為前面存滿 11 bytes 時我們剩下的一個 byte 會自動變成 \0

../_images/SSO-version3.png