标准C＋＋类string的Copy-On-Write技术（二）

2.2、         深入

在深入这前，通过上述的演示，我们应该知道在 string 类中，要实现写时才拷贝，需要解决两个问题，一个是内存共享，一个是 Copy-On-Wirte ，这两个主题会让我们产生许多疑问，还是让我们带着这样几个问题来学习吧：

1、  Copy-On-Write 的原理是什么？

2、  string 类在什么情况下才共享内存的？

3、  string 类在什么情况下触发写时才拷贝（ Copy-On-Write ） ?

4、  Copy-On-Write 时，发生了什么？

5、  Copy-On-Write 的具体实现是怎么样的？

 

喔，你说只要看一看 STL 中 stirng 的源码你就可以找到答案了。当然，当然，我也是参考了 string 的父模板类 basic_string 的源码。但是，如果你感到看 STL 的源码就好像看机器码，并严重打击你对 C++ 自信心，乃至产生了自己是否懂 C++ 的疑问，如果你有这样的感觉，那么还是继续往下看我的这篇文章吧。

 

OK ，让我们一个问题一个问题地探讨吧，慢慢地所有的技术细节都会浮出水面的。

 

2.3、         Copy-On-Write的原理是什么？

 

有一定经验的程序员一定知道， Copy-On-Write 一定使用了“引用计数”，是的，必然有一个变量类似于 RefCnt 。当第一个类构造时， string 的构造函数会根据传入的参数从堆上分配内存，当有其它类需要这块内存时，这个计数为自动累加，当有类析构时，这个计数会减一，直到最后一个类析构时，此时的 RefCnt 为 1 或是 0 ，此时，程序才会真正的 Free 这块从堆上分配的内存。

 

是的，引用计数就是 string 类中写时才拷贝的原理！

 

不过，问题又来了，这个 RefCnt 该存在在哪里呢？如果存放在 string 类中，那么每个 string 的实例都有各自的一套，根本不能共有一个 RefCnt ，如果是声明成全局变量，或是静态成员，那就是所有的 string 类共享一个了，这也不行，我们需要的是一个“民主和集中”的一个解决方法。这是如何做到的呢？呵呵，人生就是一个糊涂后去探知，知道后和又糊涂的循环过程。别急别急，在后面我会给你一一道来的。

 

2.3.1、      string类在什么情况下才共享内存的？

 

这个问题的答案应该是明显的，根据常理和逻辑，如果一个类要用另一个类的数据，那就可以共享被使用类的内存了。这是很合理的，如果你不用我的，那就不用共享，只有你使用我的，才发生共享。

 

使用别的类的数据时，无非有两种情况， 1 ）以别的类构造自己， 2 ）以别的类赋值。第一种情况时会触发拷贝构造函数，第二种情况会触发赋值操作符。这两种情况我们都可以在类中实现其对应的方法。对于第一种情况，只需要在 string 类的拷贝构造函数中做点处理，让其引用计数累加；同样，对于第二种情况，只需要重载 string 类的赋值操作符，同样在其中加上一点处理。

 

唠叨几句：   1 ）构造和赋值的差别 对于前面那个例程中的这两句：        string str1 = "hello world";        string str2 = str1; 不要以为有“ = ”就是赋值操作，其实，这两条语句等价于：        string str1 ("hello world");   // 调用的是构造函数        string str2 (str1);            // 调用的是拷贝构造函数   如果 str2 是下面的这样情况：     string str2;      // 调用参数默认为空串的构造函数： string str2(“”); str2 = str1;     // 调用 str2 的赋值操作： str2.operator=(str1);   2) 另一种情况        char tmp[]=”hello world”;      string str1 = tmp;        string str2 = tmp;     这种情况下会触发内存的共享吗？想当然的，应该要共享。可是根据我们前面所说的共享内存的情况，两个 string 类的声明和初始语句并不符合我前述的两种情况，所以其并不发生内存共享。而且， C++ 现有特性也无法让我们做到对这种情况进行类的内存共享。

 

2.3.2、      string类在什么情况下触发写时才拷贝（Copy-On-Write）?

 

哦，什么时候会发现写时才拷贝？很显然，当然是在共享同一块内存的类发生内容改变时，才会发生 Copy-On-Write 。比如 string 类的 [] 、 = 、 += 、 + 、操作符赋值，还有一些 string 类中诸如 insert 、 replace 、 append 等成员函数,包括类的析构时。

 

修改数据才会触发 Copy-On-Write ，不修改当然就不会改啦。这就是托延战术的真谛，非到要做的时候才去做。

 

2.3.3、      Copy-On-Write时，发生了什么？

 

我们可能根据那个访问计数来决定是否需要拷贝，参看下面的代码：

If  ( RefCnt>0 ) {     char* tmp =  (char*) malloc(strlen(_Ptr)+1);     strcpy(tmp, _Ptr);     _Ptr = tmp; }

上面的代码是一个假想的拷贝方法，如果有别的类在引用（检查引用计数来获知）这块内存，那么就需要把更改类进行“拷贝”这个动作。

 

我们可以把这个拷的运行封装成一个函数，供那些改变内容的成员函数使用。