std::string的拷贝赋值研究

た入场券 2022-03-08 07:10 310阅读 0赞

说明：以下涉及的std::string的源代码摘自4.8.2版本。  
结论：std::string的拷贝复制是基于引用计数的浅拷贝，因此它们指向相同的数据地址。

// std::string类定义  
typedef basic\_string<char> string;  
template<typename \_CharT, typename \_Traits, typename \_Alloc>  
class basic\_string  
\{  
private:  
    // \_Alloc\_hider是模板类basic\_string内嵌struct  
    struct \_Alloc\_hider : \_Alloc  
    \{  
        //  唯一构造函数，  
        // 在构造时使用第一个参数\_\_dat初始化\_M\_p  
        \_Alloc\_hider(\_CharT\* \_\_dat, const \_Alloc& \_\_a)  
            : \_Alloc(\_\_a), \_M\_p(\_\_dat)  
       ｛｝

// \_M\_p为实际存储数据的地方  
        \_CharT\* \_M\_p; // The actual data.  
    \};

private:  
    \_CharT\* \_M\_data() const  
    \{ return  \_M\_dataplus.\_M\_p; \}

// 浅拷贝，  
    // 这正是x2=x1后，两者数据地址相同的原因  
    \_CharT\* \_M\_data(\_CharT\* \_\_p)  
    \{ return (\_M\_dataplus.\_M\_p = \_\_p); \}

\_Rep\* \_M\_rep() const  
    \{  
        // 这里数组下标是“-1”  
        return &((reinterpret\_cast<\_Rep\*>(\_M\_data()))\[-1\]);  
    \}

// 维护引用计数  
    struct \_Rep\_base  
    \{  
        size\_type \_M\_length;  
        size\_type \_M\_capacity;  
        \_Atomic\_word \_M\_refcount;  
    \};

// \_Rep是模板类basic\_string内嵌struct  
    struct \_Rep : \_Rep\_base  
    \{  
        // The following storage is init'd to 0 by the linker,   
        // resulting (carefully) in an empty string with one reference.  
        // 空的std::string实际都指向了\_S\_empty\_rep\_storage，  
        // 因此它们的数据地址是相同的  
        static size\_type \_S\_empty\_rep\_storage\[\];

static \_Rep& \_S\_empty\_rep()  
        \{  
            void\* \_\_p = reinterpret\_cast<void\*>(&\_S\_empty\_rep\_storage);  
            return \*reinterpret\_cast<\_Rep\*>(\_\_p);  
        \}  
          
        \_CharT\* \_M\_grab(const \_Alloc& \_\_alloc1, const \_Alloc& \_\_alloc2)  
        \{  
          return (!\_M\_is\_leaked() && \_\_alloc1 == \_\_alloc2)  
                  ? \_M\_refcopy() : \_M\_clone(\_\_alloc1);  
        \}  
          
        \_CharT\* \_M\_refcopy() throw()  
        \{  
        \#if \_GLIBCXX\_FULLY\_DYNAMIC\_STRING == 0  
            if (\_\_builtin\_expect(this != &\_S\_empty\_rep(), false))  
        \#endif  
            \_\_gnu\_cxx::\_\_atomic\_add\_dispatch(&this->\_M\_refcount, 1);  
            return \_M\_refdata();  
        \}  // XXX MT  
          
        \_CharT\* \_M\_refdata() throw()  
        \{ return reinterpret\_cast<\_CharT\*>(this + 1); \}  
    \};

public:  
    static \_Rep& \_S\_empty\_rep()  
    \{  
        return \_Rep::\_S\_empty\_rep();  
    \}

// 不带参数的默认构造函数  
    // 测试环境\_GLIBCXX\_FULLY\_DYNAMIC\_STRING值为0，  
    // 因此只需要关注\_S\_empty\_rep  
    basic\_string()  
\#if \_GLIBCXX\_FULLY\_DYNAMIC\_STRING == 0  
        : \_M\_dataplus(\_S\_empty\_rep().\_M\_refdata(), \_Alloc())  
        \{ \}  
\#else  
        : \_M\_dataplus(\_S\_construct(size\_type(), \_CharT(), \_Alloc()), \_Alloc())  
        \{ \}  
\#endif

basic\_string& assign(const basic\_string& \_\_str)  
    \{  
        // 如果已经相同，则什么也不用做  
        if (\_M\_rep() != \_\_str.\_M\_rep())  
        \{  
            const allocator\_type \_\_a = this->get\_allocator();  
            \_CharT\* \_\_tmp = \_\_str.\_M\_rep()->\_M\_grab(\_\_a, \_\_str.get\_allocator());  
            \_M\_rep()->\_M\_dispose(\_\_a);  
            \_M\_data(\_\_tmp);  
        \}  
          
        return \*this;  
    \}

\#if \_\_cplusplus >= 201103L  
    basic\_string& assign(basic\_string&& \_\_str)  
    \{  
        this->swap(\_\_str);  
        return \*this;  
    \}  
\#endif // C++11

basic\_string& operator=(const basic\_string& \_\_str)  
    \{   
        return this->assign(\_\_str);   
    \}

private:  
    // mutable表明const成员函数会修改\_M\_dataplus  
    mutable \_Alloc\_hider \_M\_dataplus;  
\};

// 测试代码  
// 编译命令：  
// g++ -g -o x x.cpp -D\_GLIBCXX\_DEBUG  
\#include <stdio.h>  
\#include <string>

// 如果没有为结构X提供赋值函数，  
// 则编译器生成默认的赋值函数  
struct X \{  
    std::string str;  
\};

int main() \{  
    struct X x1, x2;  
    x1.str = "abc";  
    // X2指向的\_S\_empty\_rep\_storage  
    printf("%p, %p\\n", x1.str.c\_str(), x2.str.c\_str());  
      
    // (gdb) p x1.str.\_M\_dataplus.\_M\_p  
    // (gdb) p x2.str.\_M\_dataplus.\_M\_p  
    // 拷贝赋值函数采用的是引用计数，  
    // 所以x1和x2的数据地址是相同的  
    x2 = x1;  
    printf("%p, %p\\n", x1.str.c\_str(), x2.str.c\_str());

// 下面输出的x1和x2数据地址必然不同  
    x2.str = "123";  
    printf("%p, %p\\n", x1.str.c\_str(), x2.str.c\_str());  
    return 0;  
\}