为什么 VC++ 字符串不被引用计数？答案

【问题标题】：Why VC++ Strings are not reference counted?为什么 VC++ 字符串不被引用计数？
【发布时间】：2009-04-01 19:33:00
【问题描述】：

STL 标准不要求对 std::string 进行引用。但实际上大部分 C++ 实现提供了 refcounted、copy-on-write 字符串，允许你通过按值字符串作为原始类型。这些实现（至少g ++）也使用原子操作使这些字符串无锁且线程安全。

简单的测试显示了写时复制语义：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

void foo(string s)
{
    cout<<(void*)s.c_str()<<endl;
    string ss=s;
    cout<<(void*)ss.c_str()<<endl;
    char p=ss[0];
    cout<<(void*)ss.c_str()<<endl;
}

int main()
{
    string s="coocko";
    cout<<(void*)s.c_str()<<endl;
    foo(s);
    cout<<(void*)s.c_str()<<endl;
}

在使用非常量成员之后，仅打印两个地址。

我使用 HP、GCC 和 Intel 编译器测试了这段代码，得到了相似的结果——字符串用作写时复制容器。

另一方面，VC++ 2005 清楚地表明每个字符串都是完全复制的。

为什么？

我知道 VC++6.0 中存在一个错误，该错误具有非线程安全实现导致随机程序崩溃的引用计数。这是原因吗？他们只是害怕再使用引用计数，即使这是常见的做法？他们宁愿不完全使用引用计数来解决问题？

谢谢

【问题讨论】：

标签： c++ string visual-c++ reference-counting copy-on-write

【解决方案1】：

我认为越来越多的 std::string 实现将不再使用 refcounting/copy-on-write，因为它通常是多线程代码中的反优化。

请参阅 Herb Sutter 的文章 Optimizations That Aren't (In a Multithreaded World)。

【讨论】：

我相信 Scott Meyers 在他的一本书中提到了类似的东西 - 无法引用（甚至不确定），因为我现在没有它们。
+1，花了 10 分钟寻找那个参考。有很多关于 SO 的 C++ 问题只需要一个指向 Herb 写作的指针。
其实这篇文章清楚地表明使用原子操作的COW字符串与普通的COW字符串具有几乎相同的性能。（25% 的差异）所以它不是太多的“开销”，而且对于做一个真正的副本来说显然要多得多。
25%的差异从什么时候变成“几乎一样”了？ :)
@Andrew 关键是，真正的应对比 COW 贵得多，所以他们比较了线程安全的 COW 和非线程安全的 COW。并且没有太大的区别。超过 25% 的微型基准测试并不算多。

【解决方案2】：

STL 实际要求，如果您使用引用计数，则语义与非引用计数版本的语义相同。这对于一般情况来说并非微不足道。（这就是为什么你不应该写你的字符串类）。

由于以下情况：

std::string   x("This is a string");
char&         x5 = x[5];
std::string   y(x);

x5 = '*';

【讨论】：

有趣...该标准实际上有一个注释，特别说明允许引用字符串，但语义必须与非引用字符串相同。（由于尺寸限制，在下一条评论中继续评论）
标准然后给出了一个类似于你的例子（但通过迭代器而不是引用进行修改）并说第二个字符串不能被修改，但它没有说明如何实现应该这样做（嘿，这是一个实现细节，对吧？）。
-1 您实际上可以在 g++ 中检查此代码，并查看它是否完美运行。事实上 g++ 有使用引用计数的线程安全字符串。所以这是绝对可行的
是的，这是可行的，但基本上任何返回左值的函数都必须假设字符串可以被修改并执行 CoW。（例如 x[5] 返回一个 char&）。这一事实使得引用计数的 std::string 并不是真正的收获。
Artyom：-1 是为了什么？他是在谈论语言允许的内容，而不是单个编译器所做的事情。希望您不要天真地相信 C++ 编译器是兼容的？ +1 从这里反击 ;)

【解决方案3】：

正如 Martin 和 Michael 所说，写时复制 (COW) 往往比它的价值更麻烦，要进一步阅读，请参阅 Kelvin Henney 撰写的这篇关于 Mad COW Disease 的优秀文章，我相信它是Andrei Alexandrescu 指出 Small String Optimization 在许多应用程序中表现更好（但我找不到该文章）。

小字符串优化是让字符串对象变大并避免小字符串的堆分配。玩具实现看起来像这样：

class string {
    char *begin_, *end_, *capacity_;
    char buff_[64]; // pick optimal size (or template argument)
public:
    string(const char* str)
    {
        size_t len = strlen(str);
        if (len < sizeof(buff_))
        {
            strcpy(buff_, str);
            begin_ = buff_;
            capacity_ = buff_ + sizeof(buff_);
        }
        else
        {
            begin_ = strdup(str);
            capacity_ = begin_ + len;
        }
        end_ = begin_+len;
    }

    ~string()
    {
        if (begin_ != buff_)
            free(begin_); // strdup requires free 
    }
    // ...
};

【讨论】：

【解决方案4】：

也许微软认为字符串复制不是一个大问题，因为几乎所有 C++ 代码都尽可能使用按引用传递。维护引用计数会产生空间和时间开销（忽略锁定），这可能是他们认为不值得付出的代价。

也许不是。如果您对此感到担忧，您应该分析您的应用程序以确定字符串复制是否是主要开销，以及是否切换到不同的字符串实现。

【讨论】：

是的，我同意。只是通过参考。有什么大不了的？想节省打字时间吗？

【解决方案5】：

这不是主要原因，但我在win32平台下看到很多不正确的代码，它们执行const_cast< char* >( str.c_str() )之类的操作。

也许微软知道这一点并关心开发人员:)

【讨论】：

我以前没有听说过这个，但我敢打赌你是对的，这可能是一个因素。