string中的CopyonWrite技术

    在谈这项技术之前，我们先来了解一下string类内存分配。string类有一个私有成员，其类型是一个char*，记录用户从堆上分配内存的地址，其在构造时分配内存，在析构时释放内存。因为是从堆上分配内存，所以string类在维护这块内存上是格外小心的，string类在返回这块内存地址时，只返回const char*，也就是只读的，如果你要写，你只能通过string提供的方法进行数据的改写。

    由表及里，由感性到理性，我们先来看一看string类的Copy-On-Write的表面特征。我写了下面一段程序: 

 1class Program
 2    {
 3        static void Main(string[] args)
 4        {
 5            Console.WriteLine("Sharing the Memory:");
 6            string str1 = "Hello World";
 7            string str2 = str1;
 8            Console.WriteLine(str1);
 9            Console.WriteLine(str2);
10
11            Console.WriteLine("After Copy on Write:");
12            str1 = str1.Replace('H', 'C');
13            Console.WriteLine(str1);
14            Console.WriteLine(str2);
15
16            Console.ReadLine();
17        }
18    }

    执行结果:Sharing the Memory:
            Hello World
            Hello World
            After Copy on Write:
            Cello World
            Hello World
    从执行结果我们看到,在没有修改之前,str1和str2的值是一样的，也就是说他们在内存中存放数据的地址是一样的。str1修改之后，他的值发生了变化，即存放数据的地址改变了。而str2没有发生变化。在这里我们就看到了string的Copy-on-Write技术的影子。
       我们再深入的分析，在string中实现的写时拷贝，要解决两个问题：一个是内存共享，一个是Copy-on-Write。
       Copy-on-Write的原理：它使用的是“引用计数”，当第一个类构造时，string类的构造函数根据传入的参数在堆上分配内存，当其它类需要这块内存时，这个计数自动累加。当灯析构时，这个计数减一，直到最后一个类析构时，这个计数为0，这时，程序才会真正释放这块内存。“引用计数”就是string类的Copy-on-Write的原理。
       内存共享：如果一个类要用另一个类的数据，那就可以共享被使用类的内存了。这是很合理的，如果你不用我的，那就不用共享，只有你使用我的，才发生共享。 
       使用别的类的数据时，无非两种情况：（１）用别的类构造自己。（２）用别的类赋值。第一种情况是在构造函数中引用计数累加，第二种情况是在赋值操作中引用计数累加。
       那么这个引用计数应该存放在哪里呢？它是存放在共享内存中的，在这儿存放着所有的引用。这样一来，所有共享一块内存区的类都有同样的一个引用计数，而这个变量的地址既然是在共享区上的，那么所有共享这块内存的类都可以访问到，也就知道这块内存的引用者有多少了。

    有了这样一个机制，每当我们为string分配内存时，我们总是要多分配一个空间用来存放这个引用计数的值，只要发生拷贝构造或是赋值时，这个内存的值就会加一。而在内容修改时，string类为查看这个引用计数是否为0，如果不为零，表示有人在共享这块内存，那么自己需要先做一份拷贝，然后把引用计数减去一，再把数据拷贝过来。
    就我们上面的那个例子来说：当string str1="Hello World"时，在分配内存时就多分配一个空间用来存放这个引用计数的值，当string str2=str1时，str1发现有人引用我，它就得共享自己。并将引用计数加1。当str1=str1.replace('H','C')时，它首先去查看引用计数，一看大于０，表示有人在共享，那么自己需要先做一份拷贝，然后把引用计数减去一，再把数据拷贝过来。所以，我们在修改之后，再看他们的值时，str1变了，而str2并没有变。
    现在我们再来回头说说这个Copy-on-Write，我们可以把它看作是一个虚拟代理，它代理的真正的对象是共享内存，而代理完成任务就是控制要引用共享数据对象，它来判断是否有在共享这个数据，即看看引用计数是否０.若为0，表示数据没有人在共享，可以直接修改；若不为0，表示有人在共享这个数据，它就不能直接修改，需要Copy一个副本，在副本的基础上去修改。

      

          

           再来看看stringbuilder

 

           StringBuilder str = new StringBuilder();   //这里得到一个新实例

           str.Append("123");

           str.Append("1234");

           这个时候str已经变成了1231234。

           这里也使用了copy-on-write.

           先把"123"copy到缓存区。 然后在write那个地方的123。
           最后将它改成1231234。把新实例的地址直接赋str

 

          其实stringbuilder是使用了一种代理的模式处理的。
          我们是使用了stringbuilder这个代理类来访问string的。