一 、std::string 的底层实现
1 、深拷贝
这种实现方式 ，在需要对字符串进行频繁复制而又并不改变字符串内容时 ，效率比较低下 。如果对一块空间只是进行读 ，就没必要采用深拷贝 ，当需要进行写的时候 ，再使用深拷贝申请新的空间
2 、写时复制 （浅拷贝+引用计数）
当只是进行读操作时 ，就进行浅拷贝 ，如果需要进行写操作的时候 ，再进行深拷贝；再加一个引用计数 ，多个指针指向同一块空间 ，记录同一块空间的对象个数
std::string之写时复制
当两个std::string发生复制或者赋值时 ，不会复制字符串内容 ，而是增加一个引用计数 ，然后字符串指针进行浅拷贝 ，其执行效率为O(1) 。只有当修改其中一个字符串内容时 ，才执行真正的复制 。
引用计数存在哪里？
堆区 ，为了好获取将将引用计数与数据放在一起 ，并且最好在数据前面 ，这样当数据变化的时候不会移动引用计数的位置
1 class String{
2 public:
3 String():m_str(new char[5]() + 4){
4 //new 5 表示4个字节存放引用计数 ，一个字节存放\0 +4 是为了将指针指向字符串位置
5 cout << "String()" << endl;
6 //引用计数初始化为1 (字符指针向前偏移 ，指向引用计数 ，并且转为int型指针 ，解引用得引用计数的值)
7 InitRefCount();
8 }
9
10 String(const char* str):m_str(new char[strlen(str) + 5] + 4){ //有参构造
11 //申请空间大小 ，4B引用计数 ，还有\0
12 cout << "Sting(const char *)" << endl;
13 strcpy(m_str, str);
14 InitRefCount();
15 }
16
17 String(const String &rhs):m_str(rhs.m_str){ //浅拷贝
18 cout << "String(const String &rhs)" << endl;
19 IncreaseRefCount();
20 }
21
22 String &operator=(const String &rhs){ //赋值
23 if(this != &rhs){
24 DecreaseRefCount();
25 if(0 == getRefcount()){ //如果该空间引用计数为0 ，删掉该空间
26 delete [] (m_str - 4);
27 }
28 m_str = rhs.m_str; //浅拷贝 ，引用计数++
29 IncreaseRefCount();
30 }
31 return *this;
32 }
33 private:
34 //CharProxy中去重载=与<<运算符 ，争对读写有不同的操作
35 class CharProxy{
36 public:
37 CharProxy(String &self, size_t idx):_self(self), _idx(idx){
38
39 }
40 //写操作
41 char &operator=(const char &ch); //string是不完整类型 ，所以要在类外实现
42 //读操作
43 friend std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const CharProxy &rhs);
44
45 private:
46 String &_self; //CharProxy在string里面写 ，是不完整类型 ，无法创建对象
47 size_t _idx; //self找到m_pstr ，可以去下标 ，去除string中每一个字符
48 };
49
50 public:
51
52 CharProxy operator[](size_t idx){
53 return CharProxy(*this, idx); //临时对象 ，所以不能返回引用
54 }
55
56 #if 0 这样去重载[] ，无法区分读写操作 若对s1[0]进行读 ，依然会修改引用计数
57 char &operator[](size_t idx){
58 if(idx < size()){
59 if(getRefcount() > 1){ //共享空间 ，[idx]修改时进行深拷贝
60 char *tmp = new char[size() + 5]() + 4; //深拷贝
61 strcpy(tmp, m_str);
62 DecreaseRefCount();
63 m_str = tmp; //浅拷贝
64 InitRefCount();
65 }
66 return m_str[idx];
67 }else{
68 static char charNull = \0;
69 return charNull;
70 }
71 }
72 #endif
73 ~String(){
74
75 DecreaseRefCount();
76 if(0 == getRefcount()){
77
78 delete [] (m_str - 4);
79 }
80 }
81
82 int getRefcount() const{ //获取引用计数
83 return *(int*)(m_str - 4);
84 }
85
86 const char* c_str() const{
87 return m_str;
88 }
89
90 size_t size() const{
91 return strlen(m_str);
92 }
93
94 friend std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const String::CharProxy &rhs);
95 friend std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const String &rhs);
96 private:
97 char *m_str;
98 /* static int refCount; //静态变量为所有对象所共享,无法表示不同对象的引用计数 */
99
100 void InitRefCount(){ //初始化引用计数
101 *(int*)(m_str - 4) = 1;
102 }
103
104 void IncreaseRefCount(){ //引用计数++
105 ++*(int*)(m_str - 4);
106 }
107
108 void DecreaseRefCount(){ //引用计数--
109 --*(int*)(m_str - 4);
110 }
111 };
112
113
114 std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const String &rhs){
115 if(rhs.m_str){
116 os << rhs.m_str;
117 }
118 return os;
119 }
120
121 //写操作
122 char &String:: CharProxy::operator=(const char &ch){
123 if(_idx < _self.size()){
124 if(_self.getRefcount() > 1){ //共享空间 ，[idx]修改时进行深拷贝
125 char *tmp = new char[_self.size() + 5]() + 4; //深拷贝
126 strcpy(tmp, _self.m_str);
127 _self.DecreaseRefCount();
128 _self.m_str = tmp; //浅拷贝
129 _self.InitRefCount();
130 }
131 _self.m_str[_idx] = ch; //真正的写操作
132 return _self.m_str[_idx];
133 }else{
134 static char charNull = \0;
135 return charNull;
136 }
137
138 }
139
140 std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const String::CharProxy &rhs){
141 os << rhs._self.m_str[rhs._idx];
142 return os;
143 }
测试代码：
1 void test(){
2
3 String s1("hello");
4 cout << "s1 = " << s1 << endl;
5 cout << "s1.getRefcount()" << s1.getRefcount() << endl;
6 printf("s1 address is %p\n", s1.c_str());
7
8 cout << endl << endl;
9 String s2 = s1;
10 cout << "s1 = " << s1 << endl;
11 cout << "s2 = " << s2 << endl;
12 cout << "s1.getRefcount()" << s1.getRefcount() << endl;
13 cout << "s2.getRefcount()" << s2.getRefcount() << endl;
14 printf("s1 address is %p\n", s1.c_str());
15 printf("s2 address is %p\n", s2.c_str());
16
17 cout << endl << endl;
18 String s3("world");
19 cout << "s3" << s3 << endl;
20 cout << "s3.getRefcount()" << s3.getRefcount() << endl;
21 printf("s3 address is %p\n", s3.c_str());
22
23 cout << endl << endl;
24 s3 = s1;
25 cout << "s1 = " << s1 << endl;
26 cout << "s2 = " << s2 << endl;
27 cout << "s3 = " << s3 << endl;
28 cout << "s1.getRefcount()" << s1.getRefcount() << endl;
29 cout << "s2.getRefcount()" << s2.getRefcount() << endl;
30 cout << "s3.getRefcount()" << s3.getRefcount() << endl;
31 printf("s1 address is %p\n", s1.c_str());
32 printf("s2 address is %p\n", s2.c_str());
33 printf("s3 address is %p\n", s3.c_str());
34
35 cout << endl << "对s3执行写操作" << endl;
36 //s3.operator[](idx)
37 //CharProxy = char;
38 s3[0] = H;
39 cout << "s1 = " << s1 << endl;
40 cout << "s2 = " << s2 << endl;
41 cout << "s3 = " << s3 << endl;
42 cout << "s1.getRefcount()" << s1.getRefcount() << endl;
43 cout << "s2.getRefcount()" << s2.getRefcount() << endl;
44 cout << "s3.getRefcount()" << s3.getRefcount() << endl;
45 printf("s1 address is %p\n", s1.c_str());
46 printf("s2 address is %p\n", s2.c_str());
47 printf("s3 address is %p\n", s3.c_str());
48
49 cout << endl << "对s1[0]执行读操作" << endl;
50 //cout << CharProxy
51 cout << "s1[0] = " << s1[0] << endl;
52 cout << "s1 = " << s1 << endl;
53 cout << "s2 = " << s2 << endl;
54 cout << "s3 = " << s3 << endl;
55 cout << "s1.getRefcount()" << s1.getRefcount() << endl;
56 cout << "s2.getRefcount()" << s2.getRefcount() << enl;
57 cout << "s3.getRefcount()" << s3.getRefcount() << endl;
58 printf("s1 address is %p\n", s1.c_str());
59 printf("s2 address is %p\n", s2.c_str());
60 printf("s3 address is %p\n", s3.c_str());
61 }
3 、短字符串优化
核心思想：发生拷贝时要复制一个指针 ，对小字符串来说 ，为啥不直接复制整个字符串呢 ，说不定还没有复制一个指针的代价大（小字符串复制指针 ，大字符串复制字符串）
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