C++深浅拷贝和写时拷贝图文详解

Posy ·

更新时间:2024-11-14

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前言

之前我们在浅谈6个成员函数中有提到深浅拷贝的问题，现在再回首掏一把。

一、深浅拷贝哪家强？

先给出代码理一理


#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
class String
{
friend ostream& operator<<(ostream &out, const String &s);
public:
String(const char* str = "")
{
m_data = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(m_data, str);
}
//String(const String& s)//qian拷贝
//{
//m_data = s.m_data;
//}
String(const String& s)//深拷贝
{
m_data = new char[strlen(s.m_data) + 1];
strcpy(m_data, s.m_data);
}
String& operator=(const String& s)
{
if (this != &s)
{
delete[]m_data;
m_data = new char[strlen(s.m_data) + 1];
strcpy(m_data, s.m_data);
}
return *this;
}
~String()
{
delete[]m_data;
m_data = nullptr;
}
private:
char* m_data;
};
ostream& operator<<(ostream &out, const String &s)
{
out << s.m_data;
return out;
}
void main()
{
String s1("abc");
String s2 = s1;
cout << "s1 = " << s1 << endl;
cout << "s2 = " << s2 << endl;
}

而我们之前所说的浅拷贝崩溃是因为doublefree的问题，因此我们可以定义一个引用计数器，来记录当前使用该值的对象数，如果数目大于1，则不释放内存。


class String
{
friend ostream& operator<<(ostream &out, const String &s);
public:
String(const char* str = "")
{
m_data = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(m_data, str);
m_count++;
}
String(const String& s)//浅拷贝
{
m_data = s.m_data;
m_count++;
}
String& operator=(const String& s)
{
if (this != &s)
{
m_data = s.m_data;
m_count++;
}
return *this;
}
~String()//浅赋值
{
if (--m_count == 0)
{
delete[]m_data;
m_data = nullptr;
}
}
private:
char* m_data;
static int m_count;//引用计数器
};
int String::m_count = 0;
ostream& operator<<(ostream &out, const String &s)
{
out << s.m_data;
return out;
}
void main()
{
String s1("abc");
String s2 = s1;
String s3;
s3 = s2;
cout << "s1 = " << s1 << endl;
cout << "s2 = " << s2 << endl;
cout << "s3 = " << s3 << endl;
}

可以看出，三个对象的m_data共享同一块内存空间，节省了资源；

但是暴露出了很多的问题：站在对象的角度，其中一个对象改变m_data其他的对象也会随之改变；其二若s3使用其他字符串初始化，但计数器还是三者共享。

倘若我们使用深拷贝方法，就不会出现这种问题。如果可以在不改变m_data前使用浅拷贝，在改变时使用深拷贝，暨同时实现深浅拷贝，那么就两全其美。

二、写时拷贝

通过对上面问题的分析，我们需要实现：引用计数器管理不同的空间。


class String_rep
{
public:
String_rep(const char* str = "") :m_count(0)
{
m_data = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(m_data, str);
cout << "creat" << endl;
}
String_rep(const String_rep &rep) :m_count(0)
{
m_data = rep.m_data;
increment();
}
String_rep & operator=(const String_rep &rep)
{
if (this != &rep)
{
m_data = rep.m_data;
increment();
}
return *this;
}
public:
void increment()
{m_count++;}
void decrement()
{m_count--;} 
private:
char* m_data;
int m_count;
};
class String
{
public:
String(const char* str = "") :pn(new String_rep(str))
{
pn->increment();
}
~String()
{
cout << "Free" << endl;
}
private:
String_rep *pn;
};
void main()
{
String s1("abc");
}

拷贝构造：s1和s2管理同一块空间

定义s3，和s1、s2没有关联；

我们再完全理一遍：

此时已经解决我们之前提到过的第二个问题。

再来看第一个问题：

s1的改变影响了s2；

写时拷贝：需要改变的时候深拷贝。


void to_upper()
{
String_rep *new_pn = new String_rep(pn->Getdata());//创建新空间
pn->decrement();//原空间计数器减一
pn = new_pn;//需要更改的对象的pn指向新空间
pn->increment();//新空间的计数器加一
char* p = pn->Getdata();
while (*p != '\0')
{
if (*p >= 'a' && *p <= 'z')
*p -= 32;
p++;
}