標準c＋＋類std::string的
記憶體共享和copy-on-write技術
陳皓scott meyers
在《more effective c++
》中舉了個例子，不知你是否還記得？在你還在上學的時候，你的父母要你不要看電視，而去複習功課，於是你把自己關在房間裡，做出一副正在複習功課的樣子，其實你在幹著別的諸如給班上的某位女生寫情書之類的事，而一旦你的父母出來在你房間要檢查你是否在複習時，你才真正撿起課本看書。這就是「拖延戰術」，直到你非要做的時候才去做。
當然，這種事情在現實生活中時往往會出事，但其在程式設計世界中搖身一變，就成為了最有用的技術，正如
c++中的可以隨處宣告變數的特點一樣，
scott meyers
推薦我們，在真正需要乙個儲存空間時才去宣告變數（分配記憶體），這樣會得到程式在執行時最小的記憶體花銷。執行到那才會去做分配記憶體這種比較耗時的工作，這會給我們的程式在執行時有比較好的效能。必竟，
20%的程式執行了
80%的時間。
當然，拖延戰術還並不只是這樣一種型別，這種技術被我們廣泛地應用著，特別是在作業系統當中，當乙個程式執行結束時，作業系統並不會急著把其清除出記憶體，原因是有可能程式還會馬上再執行一次（從磁碟把程式裝入到記憶體是個很慢的過程），而只有當記憶體不夠用了，才會把這些還駐留記憶體的程式清出。
寫時才拷貝（
copy-on-write
）技術，就是程式設計界「懶惰行為」——拖延戰術的產物。舉個例子，比如我們有個程式要寫檔案，不斷地根據網路傳來的資料寫，如果每一次
fwrite
或是fprintf
都要進行乙個磁碟的
i/o操作的話，都簡直就是效能上巨大的損失，因此通常的做法是，每次寫檔案操作都寫在特定大小的一塊記憶體中（磁碟快取），只有當我們關閉檔案時，才寫到磁碟上（這就是為什麼如果檔案不關閉，所寫的東西會丟失的原因）。更有甚者是檔案關閉時都不寫磁碟，而一直等到關機或是記憶體不夠時才寫磁碟，
unix
就是這樣乙個系統，如果非正常退出，那麼資料就會丟失，檔案就會損壞。
呵呵，為了效能我們需要冒這樣大的風險，還好我們的程式是不會忙得忘了還有一塊資料需要寫到磁碟上的，所以這種做法，還是很有必要的。
在我們經常使用的
stl標準模板庫中的
string
類，也是乙個具有寫時才拷貝技術的類。
c++曾在效能問題上被廣泛地質疑和指責過，為了提高效能，
stl中的許多類都採用了
copy-on-write
技術。這種偷懶的行為的確使使用
stl的程式有著比較高要效能。
這裡，我想從
c++類或是設計模式的角度為各位揭開
copy-on-write
技術在string
中實現的面紗，以供各位在用
c++進行類庫設計時做一點參考。
在講述這項技術之前，我想簡單地說明一下
string
類記憶體分配的概念。通過常，
string
類中必有乙個私有成員，其是乙個
char*
，使用者記錄從堆上分配記憶體的位址，其在構造時分配記憶體，在析構時釋放記憶體。因為是從堆上分配記憶體，所以
string
類在維護這塊記憶體上是格外小心的，
string
類在返回這塊記憶體位址時，只返回
const char*
，也就是唯讀的，如果你要寫，你只能通過
string
提供的方法進行資料的改寫。
由表及裡，由感性到理性，我們先來看一看
string
類的copy-on-write
的表面特徵。讓我們寫下下面的一段程式：
#include
#include
using namespace std;
main()
這個程式的意圖就是讓第二個
string
通過第乙個
string
構造，然後列印出其存放資料的記憶體位址，然後分別修改
str1
和str2
的內容，再查一下其存放記憶體的位址。程式的輸出是這樣的（我在
vc6.0
和g++ 2.95
都得到了同樣的結果）：
> g++ -o stringtest stringtest.cpp
> ./stringtest
sharing the memory:
str1's address: 343be9
str2's address: 343be9
after copy-on-write:
str1's address: 3407a9
str2's address: 343be9
從結果中我們可以看到，在開始的兩個語句後，
str1
和str2
存放資料的位址是一樣的，而在修改內容後，
str1
的位址發生了變化，而
str2
的位址還是原來的。從這個例子，我們可以看到
string
類的copy-on-write
技術。
C 標準庫 （string 類）
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