String 类的实现写时拷贝浅析

Posted 2020-09-08

   由于释放内存空间，开辟内存空间时花费时间，因此，在我们在不需要写，只是读的时候就可以不用新开辟内存空间，就用浅拷贝的方式创建对象，当我们需要写的时候才去新开辟内存空间。这种方法就是写时拷贝。这也是一种解决由于浅拷贝使多个对象共用一块内存地址，调用析构函数时导致一块内存被多次释放，导致程序奔溃的问题。这种方法同样需要用到引用计数：使用int *保存引用计数；采用所申请的4个字节空间。

 1 #include<iostream>  
 2 #include<stdlib.h>  
 3 using namespace std;
 4 class String
 5 {
 6 public:
 7     String(const char *pStr = "")
 8     {
 9         if (pStr == NULL)
10         {
11             _pStr = new char[1 + 4];
12             *((int*)pStr) = 1;
13             _pStr = (char*)(((int*)_pStr) + 1);
14             *_pStr = ‘\\0‘;
15         }
16         else
17         {
18             _pStr = new char[my_strlen(pStr) + 1 + 4];
19             my_strcopy(_pStr, pStr);
20             *((int*)_pStr - 1) = 1;
21         }
22     }
23 
24     String(const String& s)
25         :_pStr(s._pStr)
26     {
27         ++GetCount();
28     }
29 
30     ~String()
31     {
32         Release();
33     }
34 
35     String& operator=(const String& s)
36     {
37         if (this != &s)
38         {
39             Release();
40             _pStr = s._pStr;
41             --(GetCount());
42         }
43         return *this;
44     }
45 
46     char& operator[](size_t index)//写时拷贝
47     {
48         if (GetCount() > 1)      //当引用次数大于1时新开辟内存空间
49         {
50             char* pTem = new char[my_strlen(_pStr) + 1 + 4];
51             my_strcopy(pTem + 4, _pStr);
52             --GetCount();       //原来得空间引用计数器减1
53             _pStr = pTem + 4;
54             GetCount() = 1;
55         }
56         return _pStr[index];
57     }
58     const char& operator[](size_t index)const
59     {
60         return _pStr[index]; 
61     }
62    friend ostream& operator<<(ostream& output, const String& s)
63    {
64         output << s._pStr;
65         return output;
66    }
67 private:
68     int& GetCount()
69     {
70         return *((int*)_pStr - 1);
71     }
72     void Release()
73     {
74         if (_pStr && (0 == --GetCount()))
75         {
76             _pStr = (char*)((int*)_pStr - 1);
77             delete _pStr;
78         }
79     }
80 
81     char *_pStr;
82 };
83 
84 int main()
85 {
86     String s1;
87     String s2 = "1234";
88     String s3(s2);
89     s2[0] = ‘5‘;
90     String s4;
91     s3 = s4;
92 } 

   写时拷贝能减少不必要的内存操作，提高程序性能，但同时也是一把双刃剑，如果没按 stl 约定使用 String ，可能会导致极其严重的 bug ，而且通常是很隐蔽的，因为一般不会把注意力放到一个赋值语句。修改 String 数据时，先判断计数器是否为 0（ 0 代表没有其他对象共享内存空间），为 0 则可以直接使用内存空间（如上例中的 s2 ），否则触发写时拷贝，计数 -1 ，拷贝一份数据出来修改，并且新的内存计数器置 0 ； string 对象析构时，如果计数器为 0 则释放内存空间，否则计数也要 -1 。

写时拷贝存在的线程安全问题

   线程安全就是多线程访问时，采用了加锁机制，当一个线程访问该类的某个数据时，进行保护，其他线程不能进行访问直到该线程读取完，其他线程才可使用。不会出现数据不一致或者数据污染。 线程不安全就是不提供数据访问保护，有可能出现多个线程先后更改数据造成所得到的数据是脏数据。String类写时拷贝可能存在的问题详见：http://blog.csdn.net/haoel/article/details/24077