本節書摘來自異步社群出版社《c++面向對象高效程式設計（第2版）》一書中的第4章，第4.10節，作者： 【美】kayshav dattatri，更多章節内容可以通路雲栖社群“異步社群”公衆号檢視。
c++面向對象高效程式設計（第2版）
通過以上的讨論可知，tstring類相當易懂和易實作。如果經常使用該類的對象作為函數參數和按值傳回的值，會出現什麼情況？因為tstring類使用了深複制語義，如果tstring
圖4-12
類對象中的字元數目很多，将花費很長的時間來複制字元和删除動态配置設定記憶體。這也意味着，建立對象和銷毀對象的開銷很大。我們設計tstring類的初衷，就是希望客戶在使用字元串的地方，都能使用tstring類對象。但是，如果建立、複制、指派和銷毀這些對象的開銷太大，難免客戶避而遠之。是否有辦法可以優化實作，加快對象的複制速度？
的确，複制tstring類對象時，也要複制對象中的所有字元。但是，這樣做太浪費時間。我們可以嘗試修改實作，使其在建立多個tstring類對象副本時，讓這些副本都共享原始字元串中的字元，并不真正複制它們。我們了解過如何實作這樣的共享。重要的是，當某個副本企圖修改（或甚至銷毀）對象中的字元時，共享機制必須確定該副本（tstring類對象）獲得一份自己的字元副本，而不會影響其他仍然共享字元的對象。例如（為了解以下代碼，見圖4-12）。
class tstring {
public:
// 構造函數
tstring(); // 建立一個空字元串對象
// 建立一個字元串對象，該對象包含指向字元的s指針。
// s所指向的字元串必須以null結尾，通過s複制字元。
tstring(const char* s);
tstring(char achar); // 建立一個包含單個字元achar的字元串
tstring(const tstring& arg); // 複制構造函數
~tstring(); // 析構函數
// 指派操作符
tstring& operator=(const tstring& arg);
// 傳回指向内部資料的指針，小心。
const char* c_str() const { return _rp->_str; }
// 這些方法将修改原始對象，将其他對象的字元附在 *this後。
// 在字元串中改變字元的情況
tstring& tolower(); // 将大寫字元轉換成小寫
tstring& toupper(); // 将小寫字元轉換成大寫
// 其他成員函數未顯示
private:
struct stringrep {
char* _str; // 實際的字元
unsigned _refcount; // 對它引用的數目
unsigned _length; // 字元串中的字元數目
};
stringrep* _rp; // 在tstring中唯一的資料成員
};<code>`</code>
// 其他非成員函數未作改動--此處未顯示
每個tstring類對象都包含指向stringrep對象的指針。在複制tstring類對象時，隻需複制_rp指針，就這麼簡單。實際上，也可以将strginrep設計成一個帶有構造函數和析構函數的真正獨立的類。但是在該例中，不用這樣做。我們需要的隻是一個字元指針和引用計數的占位符。參見圖4-14了解以下代碼：
tstring::tstring()
{
_rp = new stringrep;
_rp->_refcount = 1;
_rp->_length = 0;
_rp->_str = 0;
}
tstring::tstring(const char* s)
_rp->_refcount = 1; // 這是使用stringrep的唯一對象
_rp->_length = strlen(s);
_rp->_str = new char[_rp->_length + 1];
strcpy (_rp->_str, s);
tstring::tstring(char achar)
_rp->_length = 1;
_rp->_str[0] = achar;
_rp->_str[1] = 0;
_rp->_refcount = 1; // 這是使用stringrep的唯一對象
tstring::tstring(const tstring& other)
// 這是最重要的操作之一。
// 我們需要在other中，通過_rp所指向的對象遞增引用計數。它又獲得一個引用。
other._rp->_refcount++;
// 讓它們共享資源
this->_rp = other._rp;
tstring& tstring::operator=(const tstring& other)
if (this == &other)
return * this; // 自我指派
/* 這是另一個重要的操作。我們需要在other中，通過_rp所指向的對象遞增引用計數。
同時，需要通過“this”指向的對象遞減引用計數。 */
other._rp->_refcount++; // 它又獲得一個引用
// 遞減和測試，是否仍然在使用它？
if (--this->_rp->_refcount == 0) {
delete [] this->_rp->_str;
delete this->_rp;
this->_rp = other._rp; // 讓它們共享資源
return * this;
// 這是一個重要的成員函數，需要應用“寫時複制”方案
tstring& tstring::tolower()
char* p;
if (_rp->_refcount > 1) {
// 這是最困難的部分。分離tstring 對象并提供它的stringrep對象。
// 這是“寫時複制”操作。
unsigned len = this->_rp->_length; // 儲存它
p = new char[len + 1];
strcpy(p, this->_rp->_str);
this->_rp->_refcount--; // 因為 *this即将離開記憶體池
this->_rp = new stringrep;
this->_rp->_refcount = 1;
this->_rp->_length = len;
this->_rp->_str = p; // p在前面已建立
// 繼續，并改變字元
p = this->_rp->_str;
if (p != 0) {
while (*p) {
p = tolower(p); ++p;
}
return * this;
tstring& tstring::toupper() // 留給讀者作為練習
return *this;
tstring::~tstring()
if (--_rp->_refcount == 0) {
delete [] _rp->_str;
delete _rp;
}<code>`</code>
// 已省略其他成員函數的實作
下面的代碼用于說明指派操作符如何工作（見圖4-15）：
tstring x(“1234abcxyz”);
tstring y(x);
tstring z = x;
z.tolower();<code>`</code>
現在，分析一下tstring類的析構函數。當tstring類對象離開作用域後，如果不再使用_rp所指向的記憶體，必須将其删除。否則，我們隻是減少了引用計數的值，并未清理記憶體就匆忙前進。
線程安全可移植性：
必須記住，在以上讨論的示例中，所有修改_refcount資料成員的地方，都不是多線程安全的操作。在需要多線程安全的情況中，必須保證這樣的遞增和遞減操作是多線程安全的。方法是：使用作業系統特定的同步工具（甚至是在彙編語言例程中）；或者，由一個不同的類（将在下一章中介紹）來處理這種針對處理器的操作，而且客戶必須使用這個類。重要的是識别線程安全，如何實作它隻是細節問題。
思考：
在上面的代碼中，很多地方都需要建立、删除和操控stringrep對象。很明顯，這并不是最好的方法。嘗試修改實作，以便stringrep有自己的構造函數、析構函數以及其他函數。這樣，stringrep便可自我管理。另外，完成tstring類的實作。
共享資源是大多數應用程式中十分常見的功能，在需要共享資源（無論是否有“寫時複制”）時，使用引用計數是一種整潔的方案。引用計數促使實作更高效、更簡潔，而且
圖4-15
使應用程式運作得更快。引用計數為客戶分擔了資源管理的負擔，并讓其成為實作的一部分（這是正确的處理方法）。
上面使用的引用計數方案有一些與衆不同的特點。
tsring類對象負責處理stringrep對象。可以把stringrep對象看成主對象（master object），它擁有存儲區和引用計數。實際上，客戶并不知道内部如何完成所有的工作，因為“寫時複制”方案保證了她不會受到任何影響。客戶總會認為自己擁有了tstring類對象副本，其實真正的實作遠比這複雜得多。“寫時複制”這個概念，在禁止高開銷複制、需要更高效複制操作的地方非常有用。
圖4-16
在不适合使用“寫時複制”方案（因為主對象并不允許複制），但卻需要共享的地方，我們将使用無“寫時複制”的引用計數語義。在所有情況中，都必須考慮是否允許客戶修改主對象。我們将在後面的章節中介紹更多相關的示例。
1這頻繁用于作業系統中程序之間的頁面共享。mach微處理器将該原則用于虛拟記憶體系統。unix系統通過調用vfork()也是為了相同的目的。
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