内存共享与写时拷贝 原创 C++开发 2022年3月9日 17:07 夏至未至 1057 当前内容 3588 字，在路上，马上到，马上到 ### 目录 [TOC] ### 内存共享 #### 何意 内存共享，就是更多对象共同使用一块内存，共享这块内存 #### 举例 以 标准C＋＋类 `std::string` 为例，通常，`string`类中必有一个私有成员，其是一个`char*`，用以记录从堆上分配内存的地址，其在构造时分配内存，在析构时释放内存。因为是从堆上分配内存，所以`string`类在维护这块内存上是格外小心的，`string`类在返回这块内存地址时，只返回`const char*`，也就是只读的，如果你要写，也只能通过`string`提供的方法进行数据的改写。 #### 共享验证 #include<iostream> #include<string> #include<cstdio> using namespace std; main() { string str1 = "hello world"; string str2 = str1; string str3 = str2; printf ("内存共享:\n"); printf ("\tstr1 的地址: %x\n", (unsigned int)str1.c_str() ); printf ("\tstr2 的地址: %x\n", (unsigned int)str2.c_str() ); printf ("\tstr3 的地址: %x\n", (unsigned int)str3.c_str() ); return 0; } // 输出 内存共享: str1 的地址: 83f9017 str2 的地址: 83f9017 str3 的地址: 83f9017 如上例子中，str1,str2,str3共享同一块内存，如图：  基本就是内存`string`类内存共享的最底层展现了，既然内存是一样的了，如果需要改写某个，其他对象必然也改变，必然不可取，由此引出写时拷贝`Copy-On-Write` ### 写时拷贝 #### 何意 Copy-On-Write：顾名思义,写的时候在拷贝，就是等到修改数据时才真正分配内存空间，这是对程序性能的优化，可以延迟甚至是避免内存拷贝，目的就是避免不必要的内存拷贝。 #### 验证 #include<iostream> #include<string> #include<cstdio> using namespace std; main() { string str1 = "hello world"; string str2 = str1; string str3 = str2; printf ("内存共享:\n"); printf ("\tstr1 的地址: %x\n", (unsigned int)str1.c_str() ); printf ("\tstr2 的地址: %x\n", (unsigned int)str2.c_str() ); printf ("\tstr3 的地址: %x\n", (unsigned int)str3.c_str() ); str3[1]='a'; str2[1]='w'; str1[1]='q'; printf ("通过写时拷贝之后:\n"); printf ("\tstr1 的地址: %x\n", (unsigned int)str1.c_str() ); printf ("\tstr2 的地址: %x\n", (unsigned int)str2.c_str() ); printf ("\tstr3 的地址: %x\n", (unsigned int)str3.c_str() ); return 0; } // 输出 内存共享: str1 的地址: 83f9017 str2 的地址: 83f9017 str3 的地址: 83f9017 通过写时拷贝之后: str1 的地址: 83f9017 str2 的地址: 83f9054 str3 的地址: 83f9034 很明显可以看出来，一开始，str1,str2,str3共享同一块内存，地址都是一样的。运行结果告诉我们，str1、str2与str3是共享内存空间的（`char*`成员指向相同的地址），但是在给string赋值时，地址都变了，这是因为触发了写时拷贝。 #### 原理 当开始修改是这些内存是，先不说如何实现，先表征是如何写时拷贝的，如图：  图中依然说明了str3的内容修改是怎么回事，str2的内容修改，也是同样的道理，重新给str2在堆上开辟空间，原空间只是str1一个人用，修改最后一个str1的内容时，当然就不用在和前两种一样啦，因为，这个时候，原空间只有str1一个人用，这个时候，对此空间操作，没有任何问题。都写都可以； 写时拷贝在此例中的体现，主要是str2,和str3内容的修改；但是有没有发现，我每次开辟空间的同时，会在新开辟的空间开头多分配一个空间，存放的是count；原因就和写时拷贝的实现有关了。 #### 实现 Copy-On-Write使用了 `引用计数`，用一个变量count来计数，而且计数就放在每开辟一段空间的开头几个字节。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count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。 如下为模拟实现string类的写时拷贝过程： #include<iostream> using namespace std; class String { public: String(const char* str) //初始时字符创有一个\0外加4个字节的引用计数空间 :_str(new char[strlen(str)+5]) { (*((int*)_str)) = 1;//申请的空间赋值为1 _str += 4; //让_str还是指向字符创的第一个字符 //而不是引用计数的头上 strcpy(_str,str); } String(const String& s) :_str(s._str) { (*(((int*)_str) - 1)) += 1; } String& operator=(const String& s) { if(_str != s._str) { if(*(((int*)_str) - 1) == 0) { delete[] (_str-4); } _str = s._str; *(((int*)_str) - 1) += 1; } return *this; } ~String() { if(*(((int*)_str) - 1) == 0) { _str -= 4; delete[] _str; } } private: char *_str; }; void Test() { String s1("11111111111111111111111111"); String s2(s1); } int main() { Test(); return 0; } 本文标题： 内存共享与写时拷贝 本文作者： 夏至未至 发布时间： 2022年3月9日 17:07 最近更新： 2022年3月9日 17:36 原文链接： 许可协议： 署名-非商业性-禁止演绎 4.0 国际(CC BY-NC-ND 4.0) 请按协议转载并保留原文链接及作者 Copy-On-Write(1) 上一个 Another app is currently holding the yum lock 已解决 下一个 MySQL整实例逻辑备份脚本 当前文章评论暂未开放,请移步至留言处留言。
