深入探究C++ string的内部究竟是什么样的

在C语言中，有两种方式表示字符串：

  • 一种是用字符数组来容纳字符串，例如char str[10] = "abc"，这样的字符串是可读写的；
  • 一种是使用字符串常量，例如char *str = "abc"，这样的字符串只能读，不能写。

两种形式总是以\0作为结束标志。

C++ string 与它们在C语言中的前身截然不同。首先，也是最重要的不同点，C++ string 隐藏了它所包含的字符序列的物理表示。程序设计人员不必关心数组的维数或\0方面的问题。

string 在内部封装了与内存和容量有关的信息。具体地说，C++ string 对象知道自己在内存中的开始位置、包含的字符序列以及字符序列长度；当内存空间不足时，string 还会自动调整，让内存空间增长到足以容纳下所有字符序列的大小。

C++ string 的这种做法，极大地减少了C语言编程中三种最常见且最具破坏性的错误：

  • 数组越界；
  • 通过未被初始化或者被赋以错误值的指针来访问数组元紊；
  • 释放了数组所占内存，但是仍然保留了“悬空”指针。

C++ 标准没有定义 string 类的内存布局，各个编译器厂商可以提供不同的实现，但必须保证 string 的行为一致。采用这种做法是为了获得足够的灵活性。

特別是，C++ 标准没有定义在哪种确切的情况下应该为 string 对象分配内存空间来存储字符序列。string 内存分配规则明确规定：允许但不要求以引用计数（reference counting）的方式实现。但无论是否采用引用计数，其语义都必须一致。

C++ 的这种做法和C语言不同，在C语言中，每个字符型数组都占据各自的物理存储区。在 C++ 中，独立的几个 string 对象可以占据也可以不占据各自特定的物理存储区，但是，如果采用引用计数避免了保存同一数据的拷贝副本，那么各个独立的对象（在处理上）必须看起来并表现得就像独占地拥有各自的存储区一样。例如：

// #include<bits/stdc++.h>
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main() {
 string s1("12345");
 string s2 = s1;
 cout << (s1 == s2) << endl;
 s1[0] = '6';
 cout << "s1 = " << s1 << endl; // 62345
 cout << "s2 = " << s2 << endl; // 12345
 cout << (s1 == s2) << endl;

 return 0;
}

在 GCC 下的运行结果：

1
s1 = 62345
s2 = 12345
0

只有当字符串被修改的时候才创建各自的拷贝，这种实现方式称为写时复制（copy-on-write）策略。当字符串只是作为值参数（value parameter）或在其他只读情形下使用，这种方法能够节省时间和空间。

不论一个库的实现是不是采用引用计数，它对 string 类的使用者来说都应该是透明的。遗憾的是，情况并不总是这样。在多线程程序中，几乎不可能安全地使用引用计数来实现。

到此这篇关于C++ string的内部究竟是什么样的的文章就介绍到这了,更多相关C++ string内部是什么内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！

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