Copy-On-Write的原理及具体实现

Copy-On-Write是linux中的基本概念，以前一直不是很熟悉。转载一篇比较简单易懂的：

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。

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。

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。

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。

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。