C++高性能转换大小写算法

时间：2024-10-20 19:32:50

简述

有一个需求，是需要将URL中的query参数的key全部转换为小写或者大写，键值对的数量有点多，但全部都是英文字母，无需考虑非字母的情况。

实现比较快的做法是使用STL或C标准库中的转换接口，如下：

#include <string>

#include <cctype>

#include <algorithm>

// 字符串中的大写字符转小写

std::string strtolower(std::string s)

{

    transform(s.begin(), s.end(), s.begin(), ::tolower);

    return s;

}

// 字符串中的小写字符转大写

std::string strtoupper(std::string s)

{

    transform(s.begin(), s.end(), s.begin(), ::toupper);

    return s;

}

这个方法虽然很好，但是效率不是很高。

分析了一下ascii码的码值，发现大小写字母的ascii码之间是有规律的。

原理

英文字母的ASCII码值表示如下

C++高性能转换大小写算法

对比一下其二进制形式

C++高性能转换大小写算法

对比使用的是OSChina的在线工具http://tool.oschina.net/diff/

从对比的结果可以看出，大写字母与小写字母的差别仅是一个比特位的不同。

因为它们的这个规律，可以写出下面的转换函数（如果输入不是字母，转出的结果会有错误）

可以查看数字0-9的ascii码值，可以看出它们的第6位都是0，所以转为小写的算法不会影响数字的值。

转小写算法中受到影响的，只有ascii码二进制表示中第六位为0的部分。其中非字母部分如下表

C++高性能转换大小写算法

#include <iostream>

#include <string>

#include <stdint.h>

// 更优化

std::string strtoupper(std::string s)

{

    if(s.empty()){return s;}

    size_t len = s.size() + 1;

    size_t alignlen = len + 8 - (len % 8);

    s.resize(alignlen);

    size_t ec = alignlen / 8;

    uint64_t* p8 = (uint64_t*)s.data();

    for(size_t i=0;i<ec;++i){

        p8[i] &= 0xDFDFDFDFDFDFDFDF;

    }

    s.resize(len-1);

    return s;

}

// 未做进一步优化

std::string strtolower(std::string s)

{

    size_t len = s.size();

    size_t ec = len /8;

    uint64_t* p8 = (uint64_t*)s.data();

    for(size_t i=0;i<ec;++i){

        p8[i] |= 0x2020202020202020;

    }

    uint8_t* p1 = (uint8_t*)(p8 + ec);

    len %= 8;

    for(size_t i=0;i<len;++i){

        p1[i] |= 0x20;

    }

    return s;

}

性能测试

测试代码如下：

int main()

{

    //std::cout << "Hello, world!\n";

    for(size_t i=0;i<1000000;++i){

    std::string s = strtoupper("qwertyuiopasdfghjklzxcvbnm````````QWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNM");

    //std::cout<<s<<std::endl;

    s = strtolower("qwertyuiopasdfghjklzxcvbnm\t\t\t\t\t\t\t\tQWERTYUIOPASDFGHJKLZXCVBNM");

    //std::cout<<s<<std::endl;

    }

    return 0;

}

--编译时候请勿优化，否则可能被优化掉！--

测试结果如下：

使用STL算法结果如下

time ./teststl

./teststl  7.88s user 0.03s system 100% cpu 7.904 total

自写代码测试结果如下

time ./test

./test  0.93s user 0.00s system 99% cpu 0.928 total

可以看到，其性能有差异。（应用场景有限）

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