面试题：String类的浅拷贝、深拷贝、写时拷贝

String的拷贝是面试中的经常会被问到的问题，所以，学懂String类是非常重要的。

下面我们先来看一段代码：

class String
{
public:
String(const char* pStr = "")//构造函数
    {
if (pStr == NULL)
        {
            _pStr = new char[1];
            *_pStr = '\0';
        }
else
        {
            _pStr =new char[strlen(pStr) + 1];
            strcpy(_pStr, pStr);
        }
    }

String(const String &s)//拷贝构造函数，相当于系统默认合成
        :_pStr(s._pStr){}

String& operator = (const String& s)//赋值运算符的重载
    {
if (this != &s)
        {
            _pStr = s._pStr;
        }
return *this;
    }

    ~String()//析构函数
    {
if (_pStr)
        {
delete[] _pStr;
            _pStr = NULL;
        }
    }

private:
    char* _pStr;
};

void Funtest()
{
String s1;
String s2("1234");
String s3(s2);//程序崩溃
/*String s4;
 s4 = s2;*/
}

int main()
{
    Funtest();
    system("pause\n");
return 0;
}

一运行发现程序崩溃了，那么问题到底出在哪里呢？对代码进行调试后我们可以发现如下现象:
面试题：String类的浅拷贝、深拷贝、写时拷贝
可以看到，s2和s3的地址是指向同一块空间的，那在调用析构函数时岂不是对一段空间析构了两次吗？这里不止是程序崩溃，还出现了内存泄漏。这就是String的经典反例：浅拷贝。面试的时候可千万别写出这样的代码哦。

那么解决这种问题的方案是什么呢？下面就来介绍：深拷贝
（1）普通版本

class String
{
public:
    String(const char* pStr = "")
    {
if (pStr == NULL)
        {
            _pStr = new char[1];
            *_pStr = '\0';
        }
else
        {
            _pStr = new char[strlen(pStr) + 1];
strcpy(_pStr, pStr);
        }
    }

    String & operator = (const String &s)
    {
if (this != &s)
        {
char *pTmp = new char[strlen(s._pStr) + 1];//新开辟一块空间
strcpy(pTmp, s._pStr);
delete[] _pStr;
            _pStr = pTmp;
        }
return *this;
    }

    ~String()
    {
if (_pStr)
        {
delete[] _pStr;
            _pStr = NULL;
        }
    }

    String(const String &s)
        :_pStr(new char[strlen(s._pStr) + 1])
    {
strcpy(_pStr, s._pStr);
    }

private:
char *_pStr;
};

void Funtest()
{
    String s1;
    String s2("1234");
    String s3(s2);
    String s4;
    s4 = s3;
}

int main()
{
    Funtest();
return 0;
}

调试结果如下：
面试题：String类的浅拷贝、深拷贝、写时拷贝
此时，s2，s3，s4不再使用同一块空间，这便解决了浅拷贝中内存泄漏以及程序崩溃的问题，深拷贝还有一个简洁版，如下：
（2）简洁版

class String
{
public:
    String(const char* pStr = "")
    {
if (pStr == NULL)
        {
            _pStr = new char[1];
            *_pStr = '\0';
        }
else
        {
            _pStr = new char[strlen(pStr) + 1];
strcpy(_pStr, pStr);
        }
    }

    String(const String &s)
        :_pStr(NULL){}
    {
        _pStr = new char[1];
        String strTmp(s._pStr);
std::swap(_pStr, strTmp._pStr);
    }

    String &operator = (const String &s)
    {
if (this != &s)
        {
            String strTmp(s);
std::swap(_pStr, strTmp._pStr);
        }
return *this;
    }

    ~String()
    {
if (_pStr)
        {
delete[] _pStr;
            _pStr = NULL;
        }
    }

private:
char *_pStr;
};

当我们需要写的时候才去新开辟内存空间。这种方法就是写时拷贝。这也是一种解决由于浅拷贝使多个对象共用一块内存地址，调用析构函数时导致一块内存被多次释放，导致程序奔溃的问题。这种方法需要用到引用计数：使用int *保存引用计数；采用所申请的4个字节空间。

class String
{
public:
    String(const char *pStr = "")
    {
if (pStr == NULL)
        {
            _pStr = new char[1 + 4];
            *((int *)pStr) = 1;
            _pStr = (char*)(((int *)_pStr) + 1);
            *_pStr = '\0';
        }
else
        {
            _pStr = new char[strlen(pStr) + 1 + 4];
strcpy(_pStr, pStr);
            *((int *)_pStr - 1) = 1;
        }
    }

    String(const String &s)
        :_pStr(s._pStr)
    {
        ++Getcount();
    }

    String& operator = (const String &s)
    {
if (this != &s)
        {
            Release;
            _pStr = s._pStr;
            --Getcount();
        }
return *this;
    }

char& operator[](size_t index)
    {
if (Getcount() > 1)
        {
char *pTmp = new char[strlen(_pStr) + 1 + 4];
strcpy(pTmp + 4, _pStr);
                --Getcount();
            _pStr = pTmp + 4;
            Getcount() = 1;
        }
return _pStr[index];
    }

const char & operator[](size_t index)const
    {
return _pStr[index];
    }

friend ostream operator<<(ostream& output, const String& s)
    {
        output << s._pStr;
return output;
    }
private:
char *_pStr;
int& Getcount()
    {
return *((int*)_pStr - 1);
    }
void Release()
    {
if (_pStr && (0 == --Getcount()))
        {
            _pStr = (char *)((int *)_pStr - 1);
delete _pStr;
        }
    }
};

修改 String 数据时，先判断计数器是否为 0（ 0 代表没有其他对象共享内存空间），为 0 则可以直接使用内存空间（如上例中的 s2 ），否则触发写时拷贝，计数 -1 ，拷贝一份数据出来修改，并且新的内存计数器置 0 ； string 对象析构时，如果计数器为 0 则释放内存空间，否则计数也要 -1 。

写时拷贝存在的线程安全问题

线程安全就是多线程访问时，采用了加锁机制，当一个线程访问该类的某个数据时，进行保护，其他线程不能进行访问直到该线程读取完，其他线程才可使用。不会出现数据不一致或者数据污染。线程不安全就是不提供数据访问保护，有可能出现多个线程先后更改数据造成所得到的数据是脏数据。

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