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;}