浅析深拷贝之写时拷贝&引用计数

写时拷贝&引用计数–浅析深拷贝的另一种实现方式

深拷贝在重复内容条件下的高成本情况分析

以模拟实现一个简单的String类为例，我们知道对每个对象申请的字符串的空间应相互独立
即 在实现拷贝构造时，应考虑深拷贝使得两者的堆内的值相互不影响

示例代码如下

#include <iostream>using namespace std;class String{public:    String(const char* str = "")        :_str(new char[strlen(str)+1])    {        strcpy(_str, str);    }    String(String& s):_str(NULL)    {        String temp(s._str);        swap(_str, temp._str);    }    void Release()    {        delete[] _str;    }    ~String()    {        Release();    }    void show()    {        cout << _str << endl;    }private:    char* _str;};int main(){    String s1("haha");    String s2(s1);    s2.show();    return 0;}

事实上这种深拷贝在“同一内容重复拷贝时”的情况下极大的浪费了空间、降低了效率。

写时拷贝&引用计数

形如百度网盘上传用户文件到服务器时，对于同一文件（如某软件安装包）服务器若将多个用户的同一文件独立存储，那么将浪费极大的存储空间。

正确的做法是:

• 在文件内容发生更改时进行深拷贝，在文件未发生变化时进行浅拷贝。
• 在文件内容剩最后一份需要析构时释放空间，否则不释放空间

以String类模拟时作代码如下

#include <iostream>using namespace std;class String{public:    String(const char* str = "")        :_str(new char[strlen(str)+1])        ,_refCount(new int(1))    {        strcpy(_str, str);    }    String(String& s)    {        _str = s._str;        _refCount = s._refCount;        ++(*_refCount);    }    String& operator=(const String& s)    {        if (_str != s._str)        {            Release();//原空间计数器-1            _refCount = s._refCount;//新空间计数器替换            _str = s._str;//替换指针地址            ++(*_refCount);//新空间计数器++        }        return *this;    }    char& operator[](size_t index)    {        CopyOnWrite();        return _str[index];    }    ~String()    {        Release();    }    void Release()    {        if(--(*_refCount) == 0)        {            delete[] _str;            delete _refCount;            printf("delete: 0x%p\n", (void*)_str);        }    }    void CopyOnWrite()//写时拷贝，为该对象申请新的空间    {        if (*_refCount > 1)        {            char* tmp = new char[strlen(_str)+1];            strcpy(tmp, _str);            --(*_refCount);            _str = tmp;            _refCount = new int(1);        }    }private:    char* _str;    int* _refCount;};int main(){    String s1("haha");    String s2(s1);    return 0;}

对引用计数器的改进

易知，引用计数器的使用在堆上申请了新的空间，因此合并其空间到字符串的堆空间有如下好处

• 尽量申请大片内存，减少内存碎片
• 少申请一个变量，减少栈帧的空间的消耗。

如图所示

代码如下

#include <iostream>using namespace std;class String{public:    String(const char* str = "")        :_str(new char[strlen(str)+5])    {        _str += 4;        get_ref() = 1;        strcpy(_str, str);    }    int& get_ref()    {        return *((int*)(_str-4));    }    String(String& s)    {        _str = s._str;        ++get_ref();    }    String& operator=(const String& s)    {        if (_str != s._str)        {            Release();//原空间计数器-1            _str = s._str;//替换指针地址            ++(get_ref());//新空间计数器++        }        return *this;    }    char& operator[](size_t index)    {        CopyOnWrite();        return _str[index];    }    ~String()    {        Release();    }    void Release()    {        if(--(get_ref()) == 0)        {            _str -= 4;            delete[] _str;            printf("delete: 0x%p\n", (void*)_str);        }    }    void CopyOnWrite()//写时拷贝，为该对象申请新的空间    {        if (get_ref() > 1)        {            char* tmp = new char[strlen(_str)+5];            tmp += 4;            strcpy(tmp, _str);            --(get_ref());            _str = tmp;            get_ref() = 1;        }    }private:    char* _str;};int main(){    String s1("haha");    String s2(s1);    return 0;}