本节书摘来自异步社区出版社《c++面向对象高效编程（第2版）》一书中的第4章，第4.10节，作者： 【美】kayshav dattatri，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。
c++面向对象高效编程（第2版）
通过以上的讨论可知，tstring类相当易懂和易实现。如果经常使用该类的对象作为函数参数和按值返回的值，会出现什么情况？因为tstring类使用了深复制语义，如果tstring
图4-12
类对象中的字符数目很多，将花费很长的时间来复制字符和删除动态分配内存。这也意味着，创建对象和销毁对象的开销很大。我们设计tstring类的初衷，就是希望客户在使用字符串的地方，都能使用tstring类对象。但是，如果创建、复制、赋值和销毁这些对象的开销太大，难免客户避而远之。是否有办法可以优化实现，加快对象的复制速度？
的确，复制tstring类对象时，也要复制对象中的所有字符。但是，这样做太浪费时间。我们可以尝试修改实现，使其在建立多个tstring类对象副本时，让这些副本都共享原始字符串中的字符，并不真正复制它们。我们了解过如何实现这样的共享。重要的是，当某个副本企图修改（或甚至销毁）对象中的字符时，共享机制必须确保该副本（tstring类对象）获得一份自己的字符副本，而不会影响其他仍然共享字符的对象。例如（为理解以下代码，见图4-12）。
class tstring {
public:
// 构造函数
tstring(); // 创建一个空字符串对象
// 创建一个字符串对象，该对象包含指向字符的s指针。
// s所指向的字符串必须以null结尾，通过s复制字符。
tstring(const char* s);
tstring(char achar); // 创建一个包含单个字符achar的字符串
tstring(const tstring& arg); // 复制构造函数
~tstring(); // 析构函数
// 赋值操作符
tstring& operator=(const tstring& arg);
// 返回指向内部数据的指针，小心。
const char* c_str() const { return _rp->_str; }
// 这些方法将修改原始对象，将其他对象的字符附在 *this后。
// 在字符串中改变字符的情况
tstring& tolower(); // 将大写字符转换成小写
tstring& toupper(); // 将小写字符转换成大写
// 其他成员函数未显示
private:
struct stringrep {
char* _str; // 实际的字符
unsigned _refcount; // 对它引用的数目
unsigned _length; // 字符串中的字符数目
};
stringrep* _rp; // 在tstring中唯一的数据成员
};<code>`</code>
// 其他非成员函数未作改动--此处未显示
每个tstring类对象都包含指向stringrep对象的指针。在复制tstring类对象时，只需复制_rp指针，就这么简单。实际上，也可以将strginrep设计成一个带有构造函数和析构函数的真正独立的类。但是在该例中，不用这样做。我们需要的只是一个字符指针和引用计数的占位符。参见图4-14理解以下代码：
tstring::tstring()
{
_rp = new stringrep;
_rp->_refcount = 1;
_rp->_length = 0;
_rp->_str = 0;
}
tstring::tstring(const char* s)
_rp->_refcount = 1; // 这是使用stringrep的唯一对象
_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; // 这是使用stringrep的唯一对象
tstring::tstring(const tstring& other)
// 这是最重要的操作之一。
// 我们需要在other中，通过_rp所指向的对象递增引用计数。它又获得一个引用。
other._rp->_refcount++;
// 让它们共享资源
this->_rp = other._rp;
tstring& tstring::operator=(const tstring& other)
if (this == &other)
return * this; // 自我赋值
/* 这是另一个重要的操作。我们需要在other中，通过_rp所指向的对象递增引用计数。
同时，需要通过“this”指向的对象递减引用计数。 */
other._rp->_refcount++; // 它又获得一个引用
// 递减和测试，是否仍然在使用它？
if (--this->_rp->_refcount == 0) {
delete [] this->_rp->_str;
delete this->_rp;
this->_rp = other._rp; // 让它们共享资源
return * this;
// 这是一个重要的成员函数，需要应用“写时复制”方案
tstring& tstring::tolower()
char* p;
if (_rp->_refcount > 1) {
// 这是最困难的部分。分离tstring 对象并提供它的stringrep对象。
// 这是“写时复制”操作。
unsigned len = this->_rp->_length; // 保存它
p = new char[len + 1];
strcpy(p, this->_rp->_str);
this->_rp->_refcount--; // 因为 *this即将离开内存池
this->_rp = new stringrep;
this->_rp->_refcount = 1;
this->_rp->_length = len;
this->_rp->_str = p; // p在前面已创建
// 继续，并改变字符
p = this->_rp->_str;
if (p != 0) {
while (*p) {
p = tolower(p); ++p;
}
return * this;
tstring& tstring::toupper() // 留给读者作为练习
return *this;
tstring::~tstring()
if (--_rp->_refcount == 0) {
delete [] _rp->_str;
delete _rp;
}<code>`</code>
// 已省略其他成员函数的实现
下面的代码用于说明赋值操作符如何工作（见图4-15）：
tstring x(“1234abcxyz”);
tstring y(x);
tstring z = x;
z.tolower();<code>`</code>
现在，分析一下tstring类的析构函数。当tstring类对象离开作用域后，如果不再使用_rp所指向的内存，必须将其删除。否则，我们只是减少了引用计数的值，并未清理内存就匆忙前进。
线程安全可移植性：
必须记住，在以上讨论的示例中，所有修改_refcount数据成员的地方，都不是多线程安全的操作。在需要多线程安全的情况中，必须保证这样的递增和递减操作是多线程安全的。方法是：使用操作系统特定的同步工具（甚至是在汇编语言例程中）；或者，由一个不同的类（将在下一章中介绍）来处理这种针对处理器的操作，而且客户必须使用这个类。重要的是识别线程安全，如何实现它只是细节问题。
思考：
在上面的代码中，很多地方都需要创建、删除和操控stringrep对象。很明显，这并不是最好的方法。尝试修改实现，以便stringrep有自己的构造函数、析构函数以及其他函数。这样，stringrep便可自我管理。另外，完成tstring类的实现。
共享资源是大多数应用程序中十分常见的功能，在需要共享资源（无论是否有“写时复制”）时，使用引用计数是一种整洁的方案。引用计数促使实现更高效、更简洁，而且
图4-15
使应用程序运行得更快。引用计数为客户分担了资源管理的负担，并让其成为实现的一部分（这是正确的处理方法）。
上面使用的引用计数方案有一些与众不同的特点。
tsring类对象负责处理stringrep对象。可以把stringrep对象看成主对象（master object），它拥有存储区和引用计数。实际上，客户并不知道内部如何完成所有的工作，因为“写时复制”方案保证了她不会受到任何影响。客户总会认为自己拥有了tstring类对象副本，其实真正的实现远比这复杂得多。“写时复制”这个概念，在禁止高开销复制、需要更高效复制操作的地方非常有用。
图4-16
在不适合使用“写时复制”方案（因为主对象并不允许复制），但却需要共享的地方，我们将使用无“写时复制”的引用计数语义。在所有情况中，都必须考虑是否允许客户修改主对象。我们将在后面的章节中介绍更多相关的示例。
1这频繁用于操作系统中进程之间的页面共享。mach微处理器将该原则用于虚拟内存系统。unix系统通过调用vfork()也是为了相同的目的。
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