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日志

 
 

深入解析MFC -- CString的内存结构  

2008-01-25 17:02:51|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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VC6的时候记得看过CString的源代码,并不复杂,应该是从VC7开始,MFC和ATL共用一个CString了,新的CString使用了模板技术和其它技术,值得一提。
先看CString的定义:
typedef CAtlString CString;
如果想明确使用ANSI和UNICODE版本,可以使用CStringA和CStringW,看它们的定义:
typedef CAtlStringW CStringW;
typedef CAtlStringA CStringA;
以上三个Atl版本的String,其定义为:
typedef CStringT > CAtlStringW;
typedef CStringT > CAtlStringA;
typedef CStringT > CAtlString;
因此,CStringT才是真实的CString类。
template
class CStringT :
    public CSimpleStringT::c_bIsMFCDLLTraits >
{
};
CStringT有两个模板参数,第一个表明字符类型,第二个参数从源代码中知道是StrTraitATL:
template >
class StrTraitATL : public StringIterator
{
public:
    static HINSTANCE FindStringResourceInstance(__in UINT nID) throw()
    {
        return( AtlFindStringResourceInstance( nID ) );
    }

    static IAtlStringMgr* GetDefaultManager() throw()
    {
        return( &g_strmgr );
    }
};
从类声明看到他提供了一个字符串管理器,字符迭代器和从资源中获得字符串的功能。字符串管理器比较重要,后面会提到。
CStringT没有成员变量,封装了很多好用的字符串函数,数据在基类CSimpleStringT中。
CSimpleStringT只有一个成员变量m_pszData,不要小看这个变量,在它身上,有着很多秘密,绝对不是他的声明那么朴实:
PXSTR m_pszData;
PXSTR就是char或者wchar_t,只不过被模板的特化技术封装了一下。CSimpleStringT没有直接操作m_pszData,而是通过成员函数GetData来获得,看一下这个函数:
CStringData* GetData() const throw()
{
    return( reinterpret_cast( m_pszData )-1 );
}
这个函数将m_pszData指向的内存转成CStringData类型,然后往前移动sizeof(CStringData)的长度,指向了一个CStringData对象。m_pszData的秘密就在此处,实际上,每次分配内存时,都会多分配一段sizeof(CStringData)长度的内存,最前面这段数据格式化为CStringData对象,然后m_pszData指向其后的数据,这才是字符串。
|_______________|___________________________________________________|
CStringData     m_pszData
再看CStringData的声明:
struct CStringData
{
    IAtlStringMgr* pStringMgr;  // String manager for this CStringData
    int nDataLength;  // Length of currently used data in XCHARs (not including terminating null)
    int nAllocLength;  // Length of allocated data in XCHARs (not including terminating null)
    long nRefs;     // Reference count: negative == locked
    // XCHAR data[nAllocLength+1]  // A CStringData is always followed in memory by the actual array of character data
};
CStringData包含了这个字符串的所有信息,包括字符串长度,内存长度和引用计数,另外还有一个字符串管理器指针,这个指针从前面所提到的模板参数StrTraitATL中得到。再看看接口IAtlStringMgr的声明:
__interface IAtlStringMgr
{
public:
    // Allocate a new CStringData
    CStringData* Allocate( int nAllocLength, int nCharSize ) throw();
    // Free an existing CStringData
    void Free( CStringData* pData ) throw();
    // Change the size of an existing CStringData
    CStringData* Reallocate( CStringData* pData, int nAllocLength, int nCharSize ) throw();
    // Get the CStringData for a Nil string
    CStringData* GetNilString() throw();
    IAtlStringMgr* Clone() throw();
};
IAtlStringMgr提供了字符串内存的分配和销毁。具体实现参考类CAfxStringMgr。

我们还是先看看一个字符串是如何赋值的吧,给下面第二行代码加上断点,调试进入:
CString s;
s = L"Hello world";
一直跟踪到wmemcpy_s函数,才找到了拷贝的函数,以下是堆栈:
s = L"Hello world";
CStringT::operator=()                              // a
  CSimpleStringT::operator=()                       // b
   SetString(const wchar_t * pszSrc)                // c
    SetString(const wchar_t * pszSrc, int nLength)  // d
     CopyChars                                      // e
一行行来分析:
a,调用基类CSimpleStringT的操作符=
b,调用SetString
c,求字符串pszSrc长度,调用两个参数的SetString
d,调用GetBuffer分配内存空间,然后判断新字符串是否与现有字符串重叠,重叠调用CopyCharsOverlapped拷贝新字符串,不重叠调用CopyChars
e,CopyChars就是wmemcpy_s
在上面的步骤中,值得关注的GetBuffer函数。我们继续进入这个函数看看发生了什么:
SetString
GetBuffer                                          // a
  PrepareWrite                                      // b
   PrepareWrite2                                    // c
    Fork                                            // d
     CAfxStringMgr::Allocate                        // e
      _malloc_dbg                                   // f
a,调用PrepareWrite
b,判断引用计数是否大于1或者长度不够,满足任意一个条件,都需要调用PrepareWrite重新分配内存,否则直接返回m_pszData
c,首先判断新申请的长度是否小于已经内存长度,如果小于,则将长度设置为已有内存长度。然后判断引用计数是否大于1,是则调用Fork重新申请内存。如果引用计数不大于1,则看是否需要申请内存,是则重新分配。重新分配有一个简单的原则,以下这段比较清楚:
if( pOldData->nAllocLength {
    // Grow exponentially, until we hit 1K.
    int nNewLength = pOldData->nAllocLength;
    if( nNewLength > 1024 )
    {
        nNewLength += 1024;
    }
    else
    {
        nNewLength *= 2;
    }
    if( nNewLength     {
        nNewLength = nLength;
    }
    Reallocate( nNewLength );
}
d,取出旧的CStringData,克隆一个IAtlStringMgr,并分配nLength长度的内存。格式化新分配的内存,并释放旧内存。注意释放的方式,并不是直接free内存,而是调用了CStringData的Release:
void Release() throw()
{
    ATLASSERT( nRefs != 0 );

    if( _AtlInterlockedDecrement( &nRefs ) <= 0 )
    {
        pStringMgr->Free( this );
    }
}
可以看到只有引用计数小于或等于0了,才会直接free内存。
e,具体看代码吧:
CStringData* CAfxStringMgr::Allocate( int nChars, int nCharSize ) throw()
{
    size_t nTotalSize;
    CStringData* pData;
    size_t nDataBytes;

    nDataBytes = (nChars+1)*nCharSize;
    nTotalSize = sizeof( CStringData )+nDataBytes;
    pData = (CStringData*)malloc( nTotalSize );
    if (pData == NULL)
        return NULL;
    pData->pStringMgr = this;
    pData->nRefs = 1;
    pData->nAllocLength = nChars;
    pData->nDataLength = 0;

    return pData;
}
可以看到实际分配的内存大小是字符串长度+1个NULL+sizeof(CStringData)
f,分配内存

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