本文参考 https://zhuanlan.zhihu.com/p/267896855

// file: string
using string = basic_string<char>;

1 深拷贝下 string 实现

template <typename _CharT, typename _Traits, typename _Alloc>
class basic_string 
{
    // Use empty-base optimization: http://www.cantrip.org/emptyopt.html
    struct _Alloc_hider : allocator_type  // TODO check __is_final
    {
        _Alloc_hider(pointer __dat, const _Alloc& __a) : allocator_type(__a), _M_p(__dat) {}

        _Alloc_hider(pointer __dat, _Alloc&& __a = _Alloc()) : allocator_type(std::move(__a)), _M_p(__dat) {}

        // _M_p指向实际的数据
        pointer _M_p;  // The actual data.
    };
    
    // (1)
    _Alloc_hider _M_dataplus;

    // (2) 数据长度 <=> string::size()
    size_type _M_string_length;
    
    // 容量用枚举
    enum { _S_local_capacity = 15 / sizeof(_CharT) }; // 通常 = 15 

    /**
     * (3) 小技巧， 用了union: 用 _M_local_buf 与 _M_allocated_capacity 用一个时 不需要关注另一个
     */
    union {
        _CharT _M_local_buf[_S_local_capacity + 1]; // 16

        // 内部已分配的内存大小, <=> string::capacity()
        size_type _M_allocated_capacity;
    };
};

string 成员数据.png

Ctor

basic_string() : _M_dataplus(_M_local_data() ) 
{ _M_set_length(0); }

const_pointer 
_M_local_data() const 
{ 
    return std::pointer_traits<const_pointer>::pointer_to(*_M_local_buf); 
}

void
_M_set_length(size_type __n)
{
    _M_length(__n);
    
    /* _charT(): 即调用 char 类型的默认构造函数, 得 '\0', 为末尾添结束符 '\0' */
    traits_type::assign(_M_data()[__n], _CharT() );
}

Copy Ctor: 每次都做1次 深拷贝

    basic_string(const basic_string& __str)
        : _M_dataplus(_M_local_data(), 
        _Alloc_traits::_S_select_on_copy(__str._M_get_allocator() ) ) 
    {
        _M_construct(__str._M_data(), __str._M_data() + __str.length() );
    }

data() 和 c_str() 区别: 没区别

Note: '\0' 结束符在构造 string 对象时已经添加了

    const _CharT* 
    c_str() const _GLIBCXX_NOEXCEPT 
    { return _M_data(); }

    const _CharT* 
    data() const _GLIBCXX_NOEXCEPT 
    { return _M_data(); }

    pointer
    _M_data() const
    { return _M_dataplus._M_p; }

2 string 写时拷贝 (COW) 实现: 主要是为了避免过多的拷贝

成员数据.png

Copy ctor

    /* Ctor: 调 _Rep 的 _M_grab 函数 */
    basic_string(const basic_string& __str, const _Alloc& __a)
        : _M_dataplus(__str._M_rep()->_M_grab(__a, __str.get_allocator() ), __a) {}

    /* 前面已经介绍过为什么+1，这里您应该就知道为什么-1啦 */
    _Rep* _M_rep() const _GLIBCXX_NOEXCEPT 
    { return &((reinterpret_cast<_Rep*>(_M_data()))[-1]); }

    /**
     * _M_grab函数决定是将引用计数+1还是拷贝一份
     * 若 _M_is_leaked() 表示不可共享, 则需 拷贝一份
     */
    _CharT* _M_grab(const _Alloc& __alloc1, const _Alloc& __alloc2) 
    {
        return (!_M_is_leaked() && __alloc1 == __alloc2) ? _M_refcopy() : _M_clone(__alloc1);
    }

    /* 如果引用计数小于0, 则为 true, 前面有过约定 */
    bool _M_is_leaked() const _GLIBCXX_NOEXCEPT 
    {
    #if defined(__GTHREADS)
        // _M_refcount is mutated concurrently by _M_refcopy/_M_dispose,
        // so we need to use an atomic load. However, _M_is_leaked
        // predicate does not change concurrently (i.e. the string is either
        // leaked or not), so a relaxed load is enough.
        return __atomic_load_n(&this->_M_refcount, __ATOMIC_RELAXED) < 0;
    #else
        return this->_M_refcount < 0;
    #endif
    }


    /* 引用拷贝, 其实就是 引用计数+1 */
    _CharT* _M_refcopy() throw() {
    #if _GLIBCXX_FULLY_DYNAMIC_STRING == 0
        if (__builtin_expect(this != &_S_empty_rep(), false))
    #endif
            __gnu_cxx::__atomic_add_dispatch(&this->_M_refcount, 1);
        return _M_refdata();
    }  // XXX MT

    /* 深拷贝 */
    template <typename _CharT, typename _Traits, typename _Alloc>
    _CharT* basic_string<_CharT, _Traits, _Alloc>::_Rep::_M_clone(const _Alloc& __alloc, size_type __res) 
    {
        // Requested capacity of the clone.
        const size_type __requested_cap = this->_M_length + __res;
        _Rep* __r = _Rep::_S_create(__requested_cap, this->_M_capacity, __alloc);
        if (this->_M_length) _M_copy(__r->_M_refdata(), _M_refdata(), this->_M_length);

        __r->_M_set_length_and_sharable(this->_M_length);
        return __r->_M_refdata();
    }