C++引用计数
引用计数
- 前言
- 0x00 一个简单的String类
- 0x01 引用计数1(解决浅拷贝与深拷贝的问题)
- 0x02 引用计数1的问题
- 0x03 引用计数2(一个资源一个引用计数)
- 0x04 引用计数带来的问题
前言
我们知道浅拷贝会带来资源重复释放的问题。因此我们引入了深拷贝。
但是深拷贝也有缺点。对于大资源深拷贝会造成空间的极大浪费。为解决深拷贝问题，我们引入了引用计数的功能。
0x00 一个简单的String类
首先我们实现一个简单的管理字符串的类。
#pragma once
#include 该类有字符串指针，缓冲区长度和字符串长度共三个成员数据。
在类的拷贝构造函数中，我们进行了深拷贝，在移动构造函数中，我们进行了移动拷贝。析构函数释放内存空间。
0x01 引用计数1(解决浅拷贝与深拷贝的问题)
上面的CAString类符合大多数类的设计过程，因为字符串毕竟占用的资源比较少。但如果这里使用的资源很大，例如高帧率电影等。我们在拷贝构造函数中再进行深拷贝就特别占用空间。
为了解决这个问题，显然我们不能再进行深拷贝了，这里我们想到了对资源增加一个引用计数。再构造函数中，引用计数加1，拷贝构造发生时，引用计数加1。析构函数中引用计数减1，如果引用计数为0才会释放资源。这样就不会有浅拷贝带来的资源重复释放问题。也比深拷贝节省内存空间。
为了从代码上实现引用计数，由于这里的引用计数是所有类共享的，因此引用计数我们定义为静态成员变量，并在类外进行初始化。
class CAString
{
// ...
// 引用计数
static uint32_t m_pRefCnt;
};
uint32_t CAString::m_pRefCnt = 0;
为了更简单的操作引用计数，我们提供了操作引用计数的成员函数。
class CAString
{
// ...
private:
/************************************************************************/
/* 对引用计数操作的方法 */
/************************************************************************/
uint32_t GetRefCnt()
{
return m_pRefCnt;
}
void AddRefCnt()
{
m_pRefCnt++;
}
void SubRefCnt()
{
m_pRefCnt--;
}
};
很显然，我们要在构造函数中递增引用计数。并且在析构函数中递减引用计数，在引用计数为0时，释放该资源。
#include 0x02 引用计数1的问题
就是引用计数是静态成员，属于类的。所有类对象共享一个引用计数。如果大家都只使用一个字符串（一个资源），这没问题，一个引用计数只记录这一个资源的使用情况，不会有资源释放时的泄露。
但如果有多个字符串（多个资源），用一个引用计数，这时就会发生资源泄露问题。看下面的代码。
int main()
{
CAString str1("str1");
CAString str2("str2");
CAString str3(str2);
str3.SetAt(0, 'a');
cout << "str1:" << str1 << endl;
cout << "str2:" << str2 << endl;
cout << "str3:" << str3 << endl;
return 0;
}
构造时，str1和str2执行构造函数，引用计数变为2，str3执行拷贝构造，引用计数变为3。
析构时，str3先析构，引用计数变为2，不释放资源。然后str2析构，引用计数变为1，不释放资源。事实上这里的字符串 “str2” 已经没有引用，本应该释放资源，但引用计数没有为0，因此在这里发生了资源的泄露。最后str1析构，引用计数为0，释放资源。
0x03 引用计数2(一个资源一个引用计数)
引用计数1的问题是资源泄露，原因是所有资源共享一个引用计数。正常的思路应该是为每一个资源分配一个引用计数，一个引用计数管理一个资源，就不会出现资源泄露问题。
在代码实现上，要设计出一个引用计数对应一个资源的方案。显然该引用计数不能为静态成员变量（所有资源共享一个引用计数）。如果将引用计数设为普通成员变量（如int型），那么每个类对象分别有自己的引用计数，该引用计数不能反映该资源的使用情况，因为对该引用计数的修改只能影响该类对象本身，不能影响共享该资源的所有类对象。
解决方案就是增加一个指向引用计数的指针变量，作为类成员变量。当执行构造函数时，表示构造一个新的资源，用该引用计数的指针动态申请4字节空间，用来存放引用计数的值，将引用计数值初始化为0，并加1。在拷贝构造中，将引用计数的指针直接复制过去，并增加引用计数的值。在析构函数中，通过引用计数的指针，找到引用计数的值，来判断是否应该释放内存。这样就完成了一个引用计数对应一个资源。
由于引用计数的空间也是动态申请的，因此当引用计数的值为0时，也需要释放引用计数所占用的空间。
下面是改进的引用计数的实现代码：
#include 0x04 引用计数带来的问题
引用计数1和2都会有的问题就是，其中一个对象修改了共享资源，则共享该资源的其余的对象访问该资源时，得到的都是被修改以后的资源。像上面的代码中str3修改资源，导致str2访问到的时修改以后的资源。
为了解决这个问题，我们又引入了写拷贝的机制。