内存共享和Copy-On-Write技术

刚看到一篇文章《 标准C＋＋类std::string的内存共享和Copy-On-Write技术》，觉得很有意思，于是将个人的理解记录于此。

该文章的出处为：http://blog.csdn.net/haoel/archive/2004/06/23/24058.aspx

 

1.Copy-On-Write技术

   Copy-On-Write技术使用了“引用计数”。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，此时的引用计数为1或是0，此时，程序才会真正的Free这块从堆上分配的内存。

  所以，引用计数就是string类中写时才拷贝的原理。

  由于string类的内存是在堆上动态分配的，所以既然共享内存的各个类指向的是同一个内存区，我们为什么不在这块区上多分配一点空间来存放这个引用计数呢？这样一来，所有共享一块内存区的类都有同样的一个引用计数，而这个变量的地址既然是在共享区上的，那么所有共享这块内存的类都可以访问到，也就知道这块内存的引用者有多少了。

  于是，有了这样一个机制，每当我们为string分配内存时，我们总是要多分配一个空间用来存放这个引用计数的值，只要发生拷贝构造可是赋值时，这个内存的值就会加一。而在内容修改时，string类为查看这个引用计数是否为0，如果不为零，表示有人在共享这块内存，那么自己需要先做一份拷贝，然后把引用计数减去一，再把数据拷贝过来。

 

2.内存共享

   在string类中，内存共享就是指多个string对象使用同一块内存，直到某一个string对象的内容发生改变时才为其分配内存。

 

3.这个两种技术的一个简单实现

   下面是我实现的一个非常简单的string类MyString：

   该类仅实现了：

   a. MyString str1("good");//定义一个string对象

       MyString str2;

   b. MyString str3(str1);//拷贝构造

   c. MyString str4;

       str4 = str3;//对象赋值操作符

   d. str4[0] = ''w;//[]操作符

   e.  str4.my_c_str();//获取C串

   f. str4.my_size();//获取其大小

 

mystring.h

#ifndef _STRING_H_ #define _STRING_H_ class MyString { private : char *str; int size; public : MyString(const char *str = NULL); MyString(MyString& mystr); char* my_c_str(); int my_size(); char& operator[](const int i); MyString& operator=(MyString& mystr); ~MyString(); }; #endif

 

mystring.cpp

#include <iostream> #include <string> #include "mystring.h" using namespace std; int MyString::my_size() { return this->size; } char* MyString::my_c_str() { return this->str; } MyString::MyString(const char *str) { cout<<"construction..."<<endl; if(str != NULL) { this->size = strlen(str); this->str = new char[this->size + 1 + 1]; cout<<"size = "<<this->size<<endl; if(this->str != NULL) { strcpy(this->str, str); this->str[this->size + 1] = 0; printf("count = %d/n", this->str[this->size + 1]); } } else { this->str = NULL; this->size = 0; } } MyString::MyString(MyString& mystr) { cout<<"copy construction..."<<endl; if(this != &mystr) { this->str = mystr.my_c_str(); this->size = mystr.my_size(); cout<<"str = "<<this->str<<endl; this->str[this->size + 1]++; printf("count = %d/n", this->str[this->size + 1]); } } char& MyString::operator[](const int i) { cout<<"operator[]..."<<endl; if(i < 0 || i >= this->size || this->str == NULL) { static char nullchar = 0; return nullchar; } this->str[this->size + 1]--; printf("count = %d/n", this->str[this->size + 1]); char *temp = new char[this->size + 1 + 1]; strncpy(temp, this->str, this->size + 2); this->str = temp; cout<<"str = "<<this->str<<endl; this->str[this->size + 1] = 0; return this->str[i]; } MyString& MyString::operator=(MyString& mystr) { if(this == &mystr) { return *this; } else { if(this->str != NULL) { if(this->str[size + 1] > 0) { this->str[size + 1]--; } else { delete[] this->str; } } this->str = mystr.my_c_str(); this->size = mystr.my_size(); this->str[this->size + 1]++; printf("count = %d/n", this->str[this->size + 1]); return *this; } } MyString::~MyString() { if(this->size > 0) { printf("count = %d/n", this->str[this->size + 1]); if(0 == this->str[this->size + 1]) { cout<<"delete..."<<endl; delete[] this->str; } this->str[this->size + 1]--; } else { delete[] this->str; } }

4. 测试代码如下：

#include <iostream> #include <mcheck.h> #include "mystring.h" using namespace std; int main(void) { setenv("MALLOC_TRACE", "log", 1); mtrace(); MyString str1("lizuhong"); MyString str2(str1); MyString str3(str2); MyString str4(str3); MyString str5(str4); str2[0] = 'q'; str3[0] = 'w'; str4[0] = 's'; str5[0] = 'd'; MyString str6; str6 = str5; str6[0] = 'x'; return 0; }