C++ std::string寫時復制與深淺拷貝

很久以前就了解過std::string的寫時復制(copy on write)優化，但和深淺拷貝放到一起的時候，就不是那么直截了當了。

 

std::string到底是深拷貝還是淺拷貝呢？網上兩種說法都有，我的理解是：深拷貝。

// copy on write
static void TestStringCopyCase1() {
    std::string a = "Hello World";
    std::string b = a;
    printf("pointer of a: %p\n", a.c_str());
    printf("pointer of b: %p\n", b.c_str());
}

// copy on write
static void TestStringCopyCase2() {
    std::string a = "Hello World";
    std::string b = a;
    printf("pointer of a: %p\n", a.c_str());
    printf("pointer of b: %p\n", b.c_str());
    b[0] = 'h';
    // b += "!";
    printf("pointer of a: %p\n", a.c_str());
    printf("pointer of b: %p\n", b.c_str());
    std::cout << a << std::endl;
    std::cout << b << std::endl;
}

// output:
pointer of a: 0x1144028
pointer of b: 0x1144028

pointer of a: 0x1144028
pointer of b: 0x1144028
pointer of a: 0x1144028
pointer of b: 0x1144058
Hello World
hello World

這兩個case很明確地證明std::string是深拷貝的，對副本的修改不會影響到原件。只不過，在修改副本之前，它們的c_str()指針是指向同一地址的，只有在嘗試寫入的時候，才會區分開來。

具體的實現方法，是對數據塊進行了引用計數，嘗試修改的時候，引用計數不為1，就要復制再修改。

那么這里就隱藏了一個空子，如果繞過引用計數，直接修改原始數據，會怎樣？

// misuse: modify b, but a is effected.
static void TestStringCopyCase3() {
    std::string a = "Hello World";
    std::string b = a;
    char* char_array = (char *)b.c_str();
    char_array[0] = 'h';
    printf("pointer of a: %p\n", a.c_str());
    printf("pointer of b: %p\n", b.c_str());
    std::cout << a << std::endl;
    std::cout << b << std::endl;
}

// output:
pointer of a: 0x1144028
pointer of b: 0x1144028
hello World
hello World

修改副本，導致原件也被修改。是一個容易引起錯誤的地方。

如何避免呢？

// deep copy to avoid misuse
static void TestStringCopyCase4() {
    std::string a = "Hello World";
    std::string b = a.c_str(); // deep copy
    char* char_array = (char *)b.c_str();
    char_array[0] = 'h';
    printf("pointer of a: %p\n", a.c_str());
    printf("pointer of b: %p\n", b.c_str());
    std::cout << a << std::endl;
    std::cout << b << std::endl;
}

// output:
pointer of a: 0x1144028
pointer of b: 0x1144058
Hello World
hello World

復制的時候，直接復制源數據，繞開寫時復制。這就給人一種錯覺，好像std::string的拷貝函數是淺拷貝，需要刻意深拷貝。

結論：

如果使用std::string本身的成員函數或者操作符來操作std::string，它本身就是深拷貝的；

如果使用指針直接操作std::string源數據，會繞過“寫時復制”機制，需要主動deep copy，以避免數據誤寫。