C++的std::string的“讀時也拷貝”技術！
C++的std::string的讀時也拷貝技術！
嘿嘿，你沒有看錯，我也沒有寫錯，是讀時也拷貝技術。什么?我的錯，你之前聽說寫過時才拷貝，嗯，不錯的確有這門技術，英文是Copy On Write，簡寫就是COW,非常’牛’！那么我們就來看看這個’牛’技術的效果吧。
我們先編寫一段程序
#include <string>
#include <iostream>
#include <sys/time.h>
static long getcurrenttick()
{
long tick ;
struct timeval time_val;
gettimeofday(&time_val , NULL);
tick = time_val.tv_sec * 1000 + time_val.tv_usec / 1000 ;
return tick;
}
int main( )
{
string the_base(1024 * 1024 * 10, 'x');
long begin = getcurrenttick();
for( int i = 0 ;i< 100 ;++i ) {
string the_copy = the_base ;
}
fprintf(stdout,"耗時[%d] \n",getcurrenttick() - begin );
}
嗯，一個非常大的字符串，有10M字節的x，并且執行了100此拷貝。編譯執行它，非常快，在我的虛擬機甚至不要1個毫秒。
現在我們來對這個string加點料！
int main(void) {
string the_base(1024 * 1024 * 10, 'x');
long begin = getcurrenttick();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
string the_copy = the_base;
the_copy[0] = 'y';
}
fprintf(stdout,"耗時[%d] \n",getcurrenttick() - begin );
}
現在我們再編譯并執行這斷程序，居然需要4~5秒！哇！非常美妙的寫時才拷貝技術，性能和功能的完美統一。
我們再來看看另外一種情況！
string original = "hello"; char & ref = original[0]; string clone = original; ref = 'y';
我們生成了一個string，并保留了它首字符的引用，然后復制這個string，修改string中的首字符。因為寫操作只是直接的修改了內存中的指定位置，這個string就根本不能感知到有寫發生，如果寫時才拷貝是不成熟的，那么我們將同時會修改original和clone兩個string。那豈不是災難性的結果？幸好上述問題不會發生。clone的值肯定是沒有被修改的。看來COW就是非常的牛！
以上都證明了我們的COW技術非常牛！
有太陽就有黑暗，這句說是不是有點耳熟？
int main(void) {
string the_base(1024 * 1024 * 10, 'x');
fprintf(stdout,"the_base's first char is [%c]\n",the_base[0] );
long begin = getcurrenttick();
for (int i = 0; i < 100; i++) {
string the_copy = the_base;
}
fprintf(stdout,"耗時[%d] \n",getcurrenttick() - begin );
}
啊，居然也是4~5秒！你可能在想，我只是做了一個讀，沒有寫嘛，這到底是怎么回事？難道還有讀時也拷貝的技術！。
不錯，為了避免了你通過[]操作符獲取string內部指針而直接修改字符串的內容，在你使用了the_base[0]后，這個字符串的寫時才拷貝技術就失效了。
C++標準的確就是這樣的，C++標準認為，當你通過迭代器或[]獲取到string的內部地址的時候，string并不知道你將是要讀還是要寫。這是它無法確定，為此，當你獲取到內部引用后，為了避免不能捕獲你的寫操作，它在此時廢止了寫時才拷貝技術！
這樣看來我們在使用COW的時候，一定要注意，如果你不需要對string的內部進行修改，那你就千萬不要使用通過[]操作符和迭代器去獲取字符串的內部地址引用，如果你一定要這么做，那么你就必須要付出代價。當然，string還提供了一些使迭代器和引用失效的方法。比如說push_back，等， 你在使用[]之后再使用迭代器之后，引用就有可能失效了。那么你又回到了COW的世界！比如下面的一個例子
int main( )
{
struct timeval time_val;
string the_base(1024 * 1024 * 10, 'x');
long begin = 0 ;
fprintf(stdout,"the_base's first char is [%c]\n",the_base[0] );
the_base.push_back('y');
begin = getcurrenttick();
for( int i = 0 ;i< 100 ;++i ) {
string the_copy = the_base ;
}
fprintf(stdout,"耗時[%d] \n",getcurrenttick() - begin );
}
一切又恢復了正常！如果對[]返回引用進行了操作又會發生情況呢，有興趣的朋友可以試試！結果非常令人驚訝。
另外：上述例子是在Linux環境下編譯的，使用STL是GNU的STL。windows上我用的是vs2003，但是非常明顯vs2003一點都不支持COW。
這篇文章出自http://ridiculousfish.com/blog/archives/2009/09/17/i-didnt-order-that-so-why-is-it-on-my-bill-episode-2/ 這里，我使用了它的例子。但是我重新自己組織了內容。
編寫這篇文章的同時，我還參考了耗子的《標準C＋＋類string的Copy-On-Write技術》一文