目的
达到延迟拷贝(lazy copy)的优化目的。和延迟初始化(lazy initialization)相似, 选择在恰当的时机更加有效。
别名
- COW (copy-on-write)
- Lazy copy
动机
拷贝对象有时会带来性能损失(performance penalty)。如果对象经常拷来拷去,但以很少修改,copy-on-write就能明显地提升性能。为了实现copy-on-write, 需要使用一个智能指针将真正的对象值封装起来,每次修改时都要检查一下对象的引用计数。如果对象被多次引用,就在修改前创建一个复本。
解决方案及示例
#ifndef COWPTR_HPP
#define COWPTR_HPP
#include <memory>
template <class T>
class CowPtr
{
public:
typedef std::shared_ptr<T> RefPtr;
private:
RefPtr m_sp;
void detach()
{
T* tmp = m_sp.get();
if( !( tmp == 0 || m_sp.unique() ) ) {
m_sp = RefPtr( new T( *tmp ) );
}
}
public:
CowPtr(T* t)
: m_sp(t)
{}
CowPtr(const RefPtr& refptr)
: m_sp(refptr)
{}
const T& operator*() const
{
return *m_sp;
}
T& operator*()
{
detach();
return *m_sp;
}
const T* operator->() const
{
return m_sp.operator->();
}
T* operator->()
{
detach();
return m_sp.operator->();
}
};
#endif
译注:原文代码使用boost库,都改为std的实现了。
这是一个简单的实现版本。除了必须通过智能指针解引用(dereferencing)来引用其内部对象有点不太方便外,还至少有一个缺点:类可以返回内部状态的引用: char & String::operator[](int)
这样会带有一些无法预期的行为。
考虑下面的代码段:
CowPtr<std::string> s1 = new std::string("Hello");
char &c = s1->operator[](4); // 非常量的detach操作什么也不做
CowPtr<std::string> s2(s1); // 延迟拷贝,共享的状态
c = '!'; // 悲催啦
最后一行原本要修改原始的字串s1
, 而不是它的复本s2
,而事实上s2
也被修改了。
一个比较好的做法是写一个自定义的copy-on-write实现,封装需要延时拷贝(lazy-copy)的类,并且保持对用户透明。为了解决上面的问题,可以标记对象为”不可共享(unshareable)”状态表示已经交出了对内存对象的引用,也就是强制进行深度拷贝。进一步优化,可以在那些不会放弃内部对象引用的non-const操作后恢复为”共享(shareable)”状态,(比如, `void string::clear())),因为客户端代码期望这些引用都会失效。
译注:这一部分说得不清楚。标记对象为不可共享,比如上面例子中,取出字符c后设为不可共享,再建构s2时直接进行深拷贝。另外说在non-const操作没有放弃内部对象,指的是这类操作创建了一个复本,这时候的原来的对象可以更新为shareable。
已知的应用
- Active Template Library
- Many Qt classes (implicit sharing)
相关的惯用法
参考
- Herb Sutter, More Exceptional C++, Addison-Wesley 2002 - Items 13–16
- Wikipedia: Copy-on-write
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