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C++的Copy-on-Write是什么_C++写时复制技术在字符串类中的优化应用

冰火之心

发布： 2025-12-03 12:39:07

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c++kquote>写时复制（COW）通过延迟拷贝优化性能，多个对象共享数据直至发生写操作才复制；2. 依赖引用计数、延迟复制和写前检测机制，在字符串类中减少频繁赋值的内存开销；3. 因线程安全问题和小字符串优化兴起，现代C++标准库已弃用COW；4. 在自定义大对象、单线程或读多写少场景下仍可手动实现以提升性能。

c++的copy-on-write是什么_c++写时复制技术在字符串类中的优化应用

Copy-on-Write（写时复制，简称COW）是一种延迟拷贝的优化策略。在C++中，它常用于字符串类等资源管理场景，目的是减少不必要的内存拷贝，提高性能。当多个对象共享同一份数据时，只有在真正需要修改时才进行实际的复制操作。

写时复制的基本原理

C++中实现写时复制的核心思想是：多个对象可以共享同一块内存数据，只要它们不进行修改，就不需要立即拷贝。一旦某个对象尝试修改数据，系统才为该对象分配独立内存并复制原始数据。

这种机制依赖以下关键技术：

引用计数：记录有多少对象正在共享同一块数据。每当有新对象共享时，计数加1；对象销毁或脱离共享时，计数减1。当计数归零时，释放内存。
延迟复制：只在写操作发生时才执行深拷贝，读操作不会触发复制。
写前检测：每次修改前检查引用计数，若大于1，说明正在被共享，必须先复制再修改。

在字符串类中的典型应用

传统字符串类如早期的std::string（某些编译器实现）曾采用COW优化。例如：

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class SimpleString {
private:
    struct Data {
        char* str;
        int ref_count;
        Data(const char* s) : ref_count(1) {
            str = new char[strlen(s) + 1];
            strcpy(str, s);
        }
        ~Data() { delete[] str; }
    };
    Data* data;
<p>public:
SimpleString(const char* s) : data(new Data(s)) {}
SimpleString(const SimpleString& other) : data(other.data) {
++data->ref_count;
}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>~SimpleString() {
    if (--data->ref_count == 0)
        delete data;
}

char& operator[](size_t index) {
    // 写操作：如果被共享，先复制
    if (data->ref_count > 1) {
        --data->ref_count;
        data = new Data(data->str);
    }
    return data->str[index];
}

const char* c_str() const { return data->str; }

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};

上述代码中，只有在调用非const的operator[]并试图修改内容时，才会判断是否需要分离数据。这显著减少了频繁赋值时的内存开销。