c++ 基础类 string - 深浅拷贝 , 引用计数 , 写时拷贝

2023-12-27 14:32
文章标签 基础 c++ 引用 string 计数 拷贝 深浅 写时

本文主要是介绍c++ 基础类 string - 深浅拷贝 , 引用计数 , 写时拷贝，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

string 的深浅拷贝

class String
{
public:// 1. 构造String(const char *str = " "):_str(new char[strlen(str)+1]){strcpy(_str, str); }// 2. 拷贝构造// s2(s1)String(const String &str):_str(str._str){}// 3. 赋值操作符重载// s2 = s1String& operator=(const String &str){if(this != &str){_str = str._str;}return *this;}// 4. 析构~String(){if(_str)delete[] _str;}// 5. C 风格字符串const char *c_str(){return _str;}// 6. 写时拷贝void CopyOnWrite();// 7. 随机访问char &operator[](size_t pos){return _str[pos];}private:char *_str;};

当类里面有指针对象时，如果进行简单赋值的浅拷贝，使两个对象指向同一块内存，程序就会存在崩溃的问题

void TestString()
{String s1("hello, world");String s2 = s1;cout << s1.c_str() << endl;cout << s2.c_str() << endl;
}

Error in ./main: double free or corruption (fasttop): 0x0000000000c27010

这里因为是浅拷贝 , 所以 s1 和 s2 是指向同一块空间的 , 所以当 s1 的生命周期结束时调用析构函数已经把这块空间释放了 , 当 s2 的生命周期结束时 , 再调用析构函数 , 就成了 double free , 程序就崩溃了
为了解决这个问题 , 我们就需要用 深拷贝

深拷贝就是 拷贝 s2 时重新开一块和 s1 一样大的空间 , 并将 s1 的值拷贝下来 , 这样 s1 和 s2 指向各自的空间 , 析构时释放各自的空间

// 二. 深拷贝
class String
{
public:// 1. 构造String(const char *str = " "):_str(new char[strlen(str)+1]){strcpy(_str, str); }// 2. 拷贝构造// s2(s1)String(const String &str):_str(new char[strlen(str._str) + 1]){strcpy(_str, str._str);}// 3. 赋值操作符重载// s2 = s1String& operator=(const String &str){if(this != &str){// 深拷贝char* tmp = new char[strlen(str._str) + 1];strcpy(tmp, str._str);delete[] _str;_str = tmp;}return *this;}// 4. 析构~String(){if(_str){delete[] _str;_str = NULL;}}// 5. C 风格字符串const char *c_str(){return _str;}// 6. 随机访问char &operator[](size_t pos){return _str[pos];}
private:char *_str;
};

但是每次都深拷贝 , 消耗太大了 , 效率不高 , 于是我们又想到了一种方法 - 引用计数

设置一个引用计数器 , 每次拷贝的时候 , 引用计数器加一 , 以表示当前有多少个对象指向这块空间 , 析构的时候先判断引用计数 , 如果引用计数大于 1 , 那么表示还有别人正在用这块空间 , 此时只用把引用计数减一 , 等到引用计数为 1 的时候 , 才需要真正释放这块空间

那么如何设置引用计数器呢 ? 

private:char *_str;int _count;

这种方法是不行的 , 因为这样每个对象都有一个独立的计数器 , 而不是共享的 , 就起不到引用计数的作用了

private:char *_str;int* _pcount;

这样就可以了 , 设置一个指针 , 让每个对象的这个指针都指向同一块空间 , 对这块空间上的值进行修改 , 从而达到引用计数的效果

~String()
{if(--(*m_pcount) == 0){delete[] m_str;delete m_pcount;}
}

每次调用析构函数时 , 先检查引用计数 , 如果引用计数为 1 了 , 才真正释放空间 , 否则只用把引用计数减一就好了

引用计数解决了析构时空间被多次释放的问题 , 但是如果要对拷贝对象的值进行修改的话 ,

还需要用到 写时拷贝

    String s1("hello");String s2 = s1;cout << s1.C_str() << endl;cout << s2.C_str() << endl;s2[0] = 'x';cout << s1.C_str() << endl;cout << s2.C_str() << endl;

这里写图片描述

修改 s2 的值也会影响 s1 , 但其实他们俩指向同一块空间 , 就是同一个东西 , 修改一个 , 另一个必定受影响 . 前面说了深拷贝可以解决这个问题 , 但是还有一种更好的方法 - 写时拷贝

void CopyOnWrite()
{if(*m_pcount > 1){char *tmp = new char[strlen(m_str) + 1];strcpy(tmp, m_str);--(*m_pcount);m_str = tmp;m_pcount = new int(1);}
}char &operator[] (size_t pos)
{CopyOnWrite();return m_str[pos];
}

在需要对对象的值进行修改的时候 , 再开空间拷贝 , 可以节省空间 , 提高效率

void TestCopyOnWrite()
{TEST_HEAD;cow::String s1("hello");cow::String s2 = s1;cout << s1.C_str() << endl;cout << s2.C_str() << endl;s2[0] = 'x';cout << s1.C_str() << endl;cout << s2.C_str() << endl;
}

这里写图片描述

这样修改 s2 的值就不会影响 s1 了

其实 , 不光是在 “写” 的时候会拷贝 , “读” 的时候也会拷贝 , 因为 [] 是一个可读可写的接口

完整代码
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <assert.h>
#include <stdio.h>using namespace std;#define TEST_HEAD printf("=====%s=====\n", __FUNCTION__)// 实现两种方式的引用计数, 写时拷贝。// 一. 浅拷贝
/*class String{public:
// 1. 构造
String(const char *str = " ")
:_str(new char[strlen(str)+1])
{
strcpy(_str, str);
}
// 2. 拷贝构造
// s2(s1)
String(const String &str)
:_str(str._str)
{}
// 3. 赋值操作符重载
// s2 = s1
String& operator=(const String &str)
{
if(this != &str)
{
_str = str._str;
}
return *this;
}
// 4. 析构
~String()
{
if(_str)
delete[] _str;
}
// 5. C 风格字符串
const char *c_str()
{
return _str;
}
// 6. 写时拷贝
void CopyOnWrite();
// 7. 随机访问
char &operator[](size_t pos)
{
return _str[pos];
}
private:
char *_str;
};
*/// 二. 深拷贝1.0
/*class String{public:
// 1. 构造
String(const char *str = " ")
:_str(new char[strlen(str)+1])
{
strcpy(_str, str);
}
// 2. 拷贝构造
// s2(s1)
String(const String &str)
:_str(new char[strlen(str._str) + 1])
{
strcpy(_str, str._str);
}
// 3. 赋值操作符重载
// s2 = s1
String& operator=(const String &str)
{
if(this != &str)
{
// 深拷贝
char* tmp = new char[strlen(str._str) + 1];
strcpy(tmp, str._str);
delete[] _str;
_str = tmp;
}
return *this;
}
// 4. 析构
~String()
{
if(_str)
{
delete[] _str;
_str = NULL;
}
}
// 5. C 风格字符串
const char *c_str()
{
return _str;
}
// 6. 写时拷贝
void CopyOnWrite();
// 7. 随机访问
char &operator[](size_t pos)
{
return _str[pos];
}
private:
char *_str;
};
*/// 三. 深拷贝2.0
class String
{
public:// 1. 构造String(const char *str = " "): _size(strlen(str)), _capacity(_size){_str = new char[_size + 1];strcpy(_str, str);}void Swap(String &s){swap(_str, s._str);swap(_size, s._size);swap(_capacity, s._capacity);}// 2. 拷贝构造// s2(s1)String(const String &s): _str(NULL){String tmp(s._str);this->Swap(tmp);}// 3. 赋值操作符重载// s2 = s1String &operator= (String &s){this->Swap(s);return *this;}// 4. 析构~String(){if(_str){delete[] _str;_str = NULL;}}// 5. 返回 C 字符串const char *c_str(){return _str;}// 6. 写时拷贝void CopyOnWrite();// 7. 随机访问, 重载 []char &operator[] (size_t pos){return _str[pos];}// 8. 扩容void Expand(size_t n){if(n > _capacity){char *tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}// 9. 预先开空间void Reserve(size_t n){Expand(n);}// 10. 调整大小void Resize(size_t n, char ch = '\0'){if(n < _size){_size = n;_str[_size] = '\0';}else{if(n > _capacity){Expand(n);}for(size_t i = _size; i < n; i++){_str[i] = ch;}_str[n] = '\0';_size = n;}}// 11. 任意位置插入字符void Insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);if(_capacity == _size){Expand(_capacity * 2);}int end = _size;while(end >= (int)pos){_str[end + 1] = _str[end];--end;}_str[pos] = ch;++_size;}// 12. 在任意位置插入字符串void Insert(size_t pos, const char *str){assert(pos <= _size);int len = strlen(str);if(_size + len >= _capacity){Expand(_size + len);}int end = _size;while(end >= (int)pos){_str[end + len] = _str[end];--end;}strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;}// 13. 尾插void PushBack(char ch){Insert(_size, ch); // 调在任意位置插入字符的 Insert}// 14. 添加字符串void Append(const char *str){Insert(_size, str); // 调在任意位置插入字符串的 Insert}// 15. 重载 +=// s1 += "hello"String &operator+= (const char *str){this->Append(str);return *this;}// s1 += s2String &operator+= (const String &s){*this += s._str;return *this;}// 16. 重载 +// s1 + "hello"String operator+ (const char *str){String ret(*this);ret.Append(str);return ret;}// s1 + s2String operator+ (const String &s){return *this + s._str;}// 17. 尾删void PopBack(){_str[--_size] = '\0';}// 18. 从 pos 位置开始删除 len 个字符void Erase(size_t pos, size_t len){assert(pos <= _size);if(pos + len > _size){_str[_size] = '\0';_size = pos;}else{strcpy(_str + pos, _str + pos + len);_size -= len;}}// 19. 求 sizesize_t Size(){return _size;}// 20. 求 capacitysize_t Capacity(){return _capacity;}// 21. 判空bool Empty(){return _size == 0;}// 22. 查找字符size_t Find(char ch) const{for(size_t i = 0; i < _size; i++){if(ch == _str[i])return i;}return npos;}// 23. 查找字符串size_t Find(const char *sub) const{char *src = _str;while(*src){const char *src_tmp = src;const char *sub_tmp = sub;while( *sub_tmp && *src_tmp == *sub_tmp ){++src_tmp;++sub_tmp;}if(*sub_tmp == '\0'){return src - _str;}else{++src;}}return npos;}// 24. 字符串比大小 重载 <bool operator< (const String &s) const{const char *str_left = _str;const char *str_right = s._str;while(*str_left && *str_right){if(*str_left < *str_right){return true;}else if(*str_left > *str_right){return false;}else{++str_left;++str_right;}}if(*str_left == '\0' && *str_right != '\0'){return true;}else{return false;}}// 25. 判断字符串是否相等 重载 ==bool operator== (const String &s) const{const char *str_left = _str;const char *str_right = s._str;while(*str_left && *str_right){if(*str_left != *str_right){return false;}else{++str_left;++str_right;}}if(*str_left == '\0' && *str_right == '\0'){return true;}else{return false;}}// 重载 <=bool operator<= (const String &s) const{return (*this < s) || (*this == s);}// 重载 >bool operator> (const String &s) const{return !(*this <= s);}// 重载 >=bool operator>= (const String &s) const{return !(*this < s);}// 重载 !=bool operator!= (const String &s) const{return !(*this == s);}private:char *_str;size_t _size;size_t _capacity;public:static size_t npos;
};
size_t String::npos = -1;// 四. 引用计数, 写时拷贝
namespace cow
{class String{public:// 1. 构造String(const char *str = " "){m_str = new char[strlen(str) + 1];strcpy(m_str, str);m_pcount = new int(1);}// 2. 拷贝构造// s2(s1)String(const String &s){m_str = s.m_str;m_pcount = s.m_pcount;++(*m_pcount); // 引用计数加一}// 3. 赋值操作符的重载// s2 = s1String &operator= (const String &s){if(m_str != s.m_str){if(--(*m_pcount) == 0){delete[] m_str;delete m_pcount;}m_str = s.m_str;m_pcount = s.m_pcount;++(*m_pcount);}return *this;}// 4. 析构~String(){if(--(*m_pcount) == 0){delete[] m_str;delete m_pcount;}}// 5. 写时拷贝void CopyOnWrite(){if(*m_pcount > 1){char *tmp = new char[strlen(m_str) + 1];strcpy(tmp, m_str);--(*m_pcount);m_str = tmp;m_pcount = new int(1);}}// 6. 随机访问 重载 []char &operator[] (size_t pos){CopyOnWrite();return m_str[pos];}// 读时不拷贝const char &operator[] (size_t pos) const{cout << "const []" << endl;return m_str[pos];}char *C_str(){return m_str;}private:char *m_str;int *m_pcount; // 引用计数器size_t m_size;size_t m_capacity;};
}void TestCopyConstructor()
{String s1("hello");String s3("world");cout << s1.c_str() << endl;cout << s3.c_str() << endl;s1 = s3;cout << s1.c_str() << endl;cout << s3.c_str() << endl;String s2(s1);cout << s1.c_str() << endl;cout << s2.c_str() << endl;
}void TestCopyOnWrite()
{TEST_HEAD;cow::String s1("hello");cow::String s2 = s1;const cow::String s3(s1);cout << s1.C_str() << endl;cout << s2.C_str() << endl;// cout << s3.C_str() << endl;// s2[0] = 'x';cout << s3[1] << endl;cout << s1.C_str() << endl;cout << s2.C_str() << endl;
}void TestString()
{TEST_HEAD;String s1("hello, world");String s2 = s1;cout << s1.c_str() << endl;cout << s2.c_str() << endl;s1.PushBack('a');s1.PushBack('b');s1.PushBack('c');cout << s1.c_str() << endl;s1 += "hahahaha";cout << s1.c_str() << endl;s1.PopBack();s1.PopBack();s1.PopBack();cout << s1.c_str() << endl;s1.Append("zxc");cout << s1.c_str() << endl;s1.Resize(30, 'a');cout << s1.c_str() << endl;cout << s1.Size() << endl;cout << s1.Capacity() << endl;cout << s1.Find('a') << endl;cout << (int)s1.Find("ccc") << endl;s1.Erase(5, 10);cout << s1.c_str() << endl;bool ret = s1 < s2;cout << ret << endl;
}void TestNoCount()
{TEST_HEAD;String s1("111111111111111");int begin = clock();for(int i = 0; i < 1000000; i++){String s2(s1);}int end = clock();cout << end - begin << endl;
}
void TestCount()
{TEST_HEAD;cow::String s1("111111111111111");int begin = clock();for(int i = 0; i < 1000000; i++){cow::String s2(s1);}int end = clock();cout << end - begin << endl;
}int main()
{TestString();TestCopyOnWrite();TestNoCount();TestCount();TestCopyConstructor();return 0;
}

这篇关于c++ 基础类 string - 深浅拷贝 , 引用计数 , 写时拷贝的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！


http://www.chinasem.cn/article/543433。

相关文章

C++中unordered_set哈希集合的实现

C++中unordered_set哈希集合的实现

《C++中unordered_set哈希集合的实现》std::unordered_set是C++标准库中的无序关联容器,基于哈希表实现,具有元素唯一性和无序性特点,本文就来详细的介绍一下unorder... 目录一、概述二、头文件与命名空间三、常用方法与示例1. 构造与析构2. 迭代器与遍历3. 容量相关4
阅读更多...
C++中悬垂引用(Dangling Reference) 的实现

C++中悬垂引用(Dangling Reference) 的实现

《C++中悬垂引用(DanglingReference)的实现》C++中的悬垂引用指引用绑定的对象被销毁后引用仍存在的情况,会导致访问无效内存,下面就来详细的介绍一下产生的原因以及如何避免,感兴趣... 目录悬垂引用的产生原因1. 引用绑定到局部变量，变量超出作用域后销毁2. 引用绑定到动态分配的对象，对象
阅读更多...
从基础到高级详解Go语言中错误处理的实践指南

从基础到高级详解Go语言中错误处理的实践指南

《从基础到高级详解Go语言中错误处理的实践指南》Go语言采用了一种独特而明确的错误处理哲学,与其他主流编程语言形成鲜明对比,本文将为大家详细介绍Go语言中错误处理详细方法,希望对大家有所帮助... 目录1 Go 错误处理哲学与核心机制1.1 错误接口设计1.2 错误与异常的区别2 错误创建与检查2.1 基础
阅读更多...
Python内存管理机制之垃圾回收与引用计数操作全过程

Python内存管理机制之垃圾回收与引用计数操作全过程

《Python内存管理机制之垃圾回收与引用计数操作全过程》SQLAlchemy是Python中最流行的ORM（对象关系映射）框架之一,它提供了高效且灵活的数据库操作方式,本文将介绍如何使用SQLAlc... 目录安装核心概念连接数据库定义数据模型创建数据库表基本CRUD操作创建数据读取数据更新数据删除数据查
阅读更多...
Spring的基础事务注解@Transactional作用解读

Spring的基础事务注解@Transactional作用解读

《Spring的基础事务注解@Transactional作用解读》文章介绍了Spring框架中的事务管理,核心注解@Transactional用于声明事务,支持传播机制、隔离级别等配置,结合@Tran... 目录一、事务管理基础1.1 Spring事务的核心注解1.2 注解属性详解1.3 实现原理二、事务事
阅读更多...
C++读写word文档(.docx)DuckX库的使用详解

C++读写word文档(.docx)DuckX库的使用详解

《C++读写word文档(.docx)DuckX库的使用详解》DuckX是C++库,用于创建/编辑.docx文件,支持读取文档、添加段落/片段、编辑表格,解决中文乱码需更改编码方案,进阶功能含文本替换... 目录一、基本用法1. 读取文档3. 添加段落4. 添加片段3. 编辑表格二、进阶用法1. 文本替换2
阅读更多...
C++中处理文本数据char与string的终极对比指南

C++中处理文本数据char与string的终极对比指南

《C++中处理文本数据char与string的终极对比指南》在C++编程中char和string是两种用于处理字符数据的类型,但它们在使用方式和功能上有显著的不同,：本文主要介绍C++中处理文本数... 目录1. 基本定义与本质2. 内存管理3. 操作与功能4. 性能特点5. 使用场景6. 相互转换核心区别
阅读更多...
Java中实现对象的拷贝案例讲解

Java中实现对象的拷贝案例讲解

《Java中实现对象的拷贝案例讲解》Java对象拷贝分为浅拷贝（复制值及引用地址）和深拷贝（递归复制所有引用对象）,常用方法包括Object.clone()、序列化及JSON转换,需处理循环引用问题,... 目录对象的拷贝简介浅拷贝和深拷贝浅拷贝深拷贝深拷贝和循环引用总结对象的拷贝简介对象的拷贝，把一个
阅读更多...
Java中最全最基础的IO流概述和简介案例分析

Java中最全最基础的IO流概述和简介案例分析

《Java中最全最基础的IO流概述和简介案例分析》JavaIO流用于程序与外部设备的数据交互,分为字节流（InputStream/OutputStream）和字符流（Reader/Writer）,处理... 目录IO流简介IO是什么应用场景IO流的分类流的超类类型字节文件流应用简介核心API文件输出流应用文
阅读更多...
C++右移运算符的一个小坑及解决

C++右移运算符的一个小坑及解决

《C++右移运算符的一个小坑及解决》文章指出右移运算符处理负数时左侧补1导致死循环,与除法行为不同,强调需注意补码机制以正确统计二进制1的个数... 目录我遇到了这么一个www.chinasem.cn函数由此可以看到也很好理解总结我遇到了这么一个函数template<typename T>unsigned
阅读更多...

Copyright China编程 23002807@qq.com

沪ICP备2023033072号-2