C ++ 11에서 COW std :: string 구현의 합법성

copy-on-write는 std::stringC ++ 11에서 준수를 구현하는 실행 가능한 방법이 아니라는 것을 이해 했지만 최근 논의에서이 내용을 직접 지원할 수 없다는 것을 알게되었습니다.

C ++ 11이 COW 기반 구현을 인정하지 않는다는 것이 맞 std::string습니까?

그렇다면이 제한이 새로운 표준 (어디)의 어딘가에 명시 적으로 명시되어 있습니까?

또는 std::stringCOW 기반 구현을 배제하는 새로운 요구 사항의 결합 된 효과라는 의미에서 이러한 제한이 내포 되어 있습니까 std::string? 이 경우 'C ++ 11은 COW 기반 std::string구현을 효과적으로 금지합니다'의 장과 절 스타일 파생에 관심이 있습니다 .

표준 21.4.1 p6에 따라 반복자 / 참조의 무효화는 다음에 대해서만 허용되기 때문에 허용되지 않습니다.

— 상수가 아닌 basic_string에 대한 참조를 인수로 사용하는 표준 라이브러리 함수에 대한 인수로.

— operator [], at, front, back, begin, rbegin, end 및 rend를 제외한 상수가 아닌 멤버 함수 호출.

COW 문자열의 경우 non-const를 호출 operator[]하려면 복사본을 만들고 참조를 무효화해야하는데, 이는 위 단락에서 허용하지 않습니다. 따라서 C ++ 11에서 COW 문자열을 갖는 것은 더 이상 합법적이지 않습니다.

Dave S 와 gbjbaanb 의 대답 은 정확합니다 . (그리고 Luc Danton의 경우도 정확하지만 COW 문자열을 금지하는 원래 규칙보다 더 많은 부작용이 있습니다.)

그러나 약간의 혼란을 없애기 위해 좀 더 설명을 추가 할 것입니다. 다양한 댓글 은 다음 예제를 제공하는 GCC 버그질라에 대한 내 댓글에 연결됩니다 .

std::string s("str");
const char* p = s.data();
{
    std::string s2(s);
    (void) s[0];
}
std::cout << *p << '\n';  // p is dangling

이 예제의 요점은 GCC의 COW (reference counted) 문자열이 C ++ 11에서 유효하지 않은 이유를 보여주는 것입니다. C ++ 11 표준이 올바르게 작동하려면이 코드가 필요합니다. 코드의 어떤 것도 pC ++ 11에서 무효화 되는 것을 허용하지 않습니다 .

GCC의 이전 참조 카운트 std::string구현을 사용하면 해당 코드 p 는 무효화되어 매달려 포인터가되기 때문에 정의되지 않은 동작 을가집니다. (무슨 일 때이다 s2구성되어 그것과 데이터를 공유 s하지만, 비아 비 CONST 참조 구하기 s[0]때문에, 데이터는 비공유 요구 s기준이 때문에 "이 기록 복사"않는 s[0]잠재적으로 기록하는 데 사용될 수 s후, s2진행 범위를 벗어나는 배열을 파괴하는 단계에 의해 지시 p).

C ++ 03 표준 은 21.3 [lib.basic.string] p5에서 해당 동작 을 명시 적으로 허용합니다. 여기서 data()첫 번째 호출에 대한 호출 이후에 operator[]()포인터, 참조 및 반복기를 무효화 할 수 있습니다. 따라서 GCC의 COW 문자열은 유효한 C ++ 03 구현이었습니다.

(11) 표준 C ++ 더 이상 허용 에는 호출이 있기 때문에, 그 동작을 operator[]()에 관계없이 그들에 대한 호출을 수행 여부, 포인터, 참조 또는 반복자를 무효화 할 수 없다 data().

따라서 위의 예 는 C ++ 11에서 작동 해야 하지만 libstdc ++의 종류의 COW 문자열에서는 작동 하지 않습니다 . 따라서 이러한 종류의 COW 문자열은 C ++ 11에서 허용되지 않습니다.

CoW는 더 빠른 문자열을 만드는 데 허용되는 메커니즘이지만 ...

다중 스레딩 코드를 느리게 만듭니다 (여러 문자열을 사용할 때 작성하는 유일한 사람인지 확인하는 모든 잠금으로 인해 성능이 저하됩니다). 이것이 CoW가 몇 년 전에 살해 된 주된 이유였습니다.

다른 이유는 []연산자가 다른 사람이 변경하지 않을 것으로 예상되는 문자열을 덮어 쓰지 않도록 보호하지 않고 문자열 데이터를 반환하기 때문입니다. c_str()및 에도 동일하게 적용됩니다 data().

Quick google은 다중 스레딩이 기본적으로 명시 적으로 허용되지 않은 이유 라고 말합니다 .

제안 내용 :

신청

모든 반복자와 요소 액세스 작업을 동시에 안전하게 실행할 수 있도록 제안합니다.

순차 코드에서도 작업의 안정성을 높이고 있습니다.

이 변경으로 인해 COW (Copy-On-Write) 구현이 효과적으로 허용되지 않습니다.

뒤에

COW (Copy-On-Write) 구현에서 전환으로 인한 성능 저하의 가장 큰 원인은 대부분의 읽기 문자열이 매우 큰 응용 프로그램의 메모리 소비 증가입니다. 그러나 우리는 이러한 응용 분야에서 로프가 더 나은 기술 솔루션이라고 믿으며 라이브러리 TR2에 포함될 로프 제안을 고려할 것을 권장합니다.

로프 는 STLPort 및 SGI STL의 일부입니다.

21.4.2 basic_string 생성자 및 할당 연산자 [string.cons]에서

basic_string(const basic_string<charT,traits,Allocator>& str);

[...]

2 효과 : basic_string표 64와 같이 클래스의 객체를 구성한다. [...]

표 64는이 (복사) 생성자를 통해 객체를 생성 한 후 다음 this->data()과 같은 값을 갖는 것을 유용하게 문서화합니다 .

첫 번째 요소가 str.data ()에 의해 가리키는 배열의 할당 된 복사본의 첫 번째 요소를 가리 킵니다.

다른 유사한 생성자에 대해서도 유사한 요구 사항이 있습니다.

이제 문자열이 연속적으로 저장되고 이제 문자열의 내부 저장소에 대한 포인터를 사용할 수 있으므로 (예 : & str [0]은 배열의 경우처럼 작동 함) 유용한 COW를 만들 수 없습니다. 이행. 너무 많은 것을 복사해야 할 것입니다. 심지어 바로 사용 operator[]또는 begin()비 const가 문자열 사본을 요구한다.

COW basic_string는 C ++ 11 이상에서 금지됩니까?

에 관해서

” C ++ 11이 COW 기반 구현을 인정하지 않는다는 것이 맞 std::string습니까?

예.

에 관해서

” 그렇다면이 제한은 새로운 표준 (어디)의 어딘가에 명시 적으로 명시되어 있습니까?

거의 직접적으로 COW 구현에서 문자열 데이터의O ( n ) 물리적 복사가 필요한 여러 작업에 대한 지속적인 복잡성의 요구 사항에 의해.

예를 들어, 멤버 함수의 경우

auto operator[](size_type pos) const -> const_reference;
auto operator[](size_type pos) -> reference;

… COW 구현에서 ¹ 문자열 값 공유를 해제하기 위해 문자열 데이터 복사를 트리거하는 C ++ 11 표준은

” 복잡성 : 일정한 시간.

… 이것은 그러한 데이터 복사를 배제하고 따라서 COW.

C ++ 03에 의해 COW 구현을 지원 하지 이러한 일정 복잡성 요구 사항을 가지고, 그리고 특정 제한 조건에 의해 호출 수 operator[](), at(), begin(), rbegin(), end(), 또는 rend()즉, 문자열 항목을 참조 무효화 참조, 포인터와 반복자에에 가능하게 발생할을 COW 데이터 복사. 이 지원은 C ++ 11에서 제거되었습니다.

COW는 C ++ 11 무효화 규칙을 통해서도 금지됩니까?

글을 쓰는 시점에 해결책으로 선택되고 크게 찬성되어 분명히 믿어지는 또 다른 답변에서 다음과 같이 주장됩니다.

” COW 문자열의 경우 non-를 호출 const operator[]하려면 복사 (및 참조 무효화)가 필요합니다. 이는 위의 [C ++ 11 §21.4.1 / 6] 단락에서 허용하지 않습니다. 따라서 C ++ 11에서 COW 문자열을 갖는 것은 더 이상 합법적이지 않습니다.

이 주장은 다음 두 가지 측면에서 부정확하고 오해의 소지가 있습니다.

• const항목 이 아닌 접근 자만 COW 데이터 복사를 트리거해야 함을 잘못 나타냅니다 .
  그러나 const항목 접근자는 클라이언트 코드가 COW 데이터 복사를 트리거 할 수있는 작업을 통해 나중에 무효화 할 수없는 참조 또는 포인터를 형성 할 수 있도록 허용하기 때문에 데이터 복사를 트리거해야합니다.
• COW 데이터 복사로 인해 참조 무효화가 발생할 수 있다고 잘못 가정합니다.
  그러나 올바른 구현에서 COW 데이터 복사, 문자열 값 공유 해제는 무효화 될 수있는 참조가 있기 전에 수행됩니다.

올바른 C ++ 11 COW 구현이 basic_string어떻게 작동 하는지 보려면 이를 무효화하는 O (1) 요구 사항이 무시 될 때 문자열이 소유권 정책간에 전환 할 수있는 구현을 생각해보십시오. 문자열 인스턴스는 Sharable 정책으로 시작합니다. 이 정책이 활성화되면 외부 항목 참조가있을 수 없습니다. 인스턴스는 고유 정책으로 전환 할 수 있으며, .c_str()(적어도 내부 버퍼에 대한 포인터를 생성하는 경우) 호출과 같이 항목 참조가 잠재적으로 생성 될 때 그렇게해야합니다 . 값의 소유권을 공유하는 여러 인스턴스의 일반적인 경우에는 문자열 데이터 복사가 수반됩니다. 고유 정책으로 전환 한 후 인스턴스는 할당과 같은 모든 참조를 무효화하는 작업을 통해서만 다시 공유 가능으로 전환 할 수 있습니다.

따라서 COW 문자열이 배제되었다는 대답의 결론은 정확하지만 제공된 추론은 정확하지 않으며 오해의 소지가 있습니다.

이 오해의 원인이 C ++ 11의 부록 C에있는 비 규범 적 메모라고 생각합니다.

변경basic_string 사항 : 요구 사항은 더 이상 참조 카운트 문자열을 허용하지 않습니다
. 이유 : 무효화는 참조 카운트 문자열과 미묘하게 다릅니다. 이 변경은이 국제 표준의 행동 (원문)을 정규화합니다.
원래 기능에 미치는 영향 : 유효한 C ++ 2003 코드는이 국제 표준에서 다르게 실행될 수 있습니다.

여기서 근거 는 C ++ 03 특수 COW 지원을 제거하기로 결정한 주요 이유를 설명합니다 . 이 근거, 그 이유 는 표준이 COW 구현을 효과적으로 허용하지 않는 방법 이 아닙니다 . 이 표준은 O (1) 요구 사항을 통해 COW를 허용하지 않습니다.

요컨대, C ++ 11 무효화 규칙은 COW 구현을 배제하지 않습니다 std::basic_string. 그러나 그들은 g ++의 표준 라이브러리 구현 중 적어도 하나에있는 것과 같이 합리적으로 효율적인 무제한 C ++ 03 스타일 COW 구현을 배제합니다. 특별한 C ++ 03 COW 지원 const은 무효화에 대한 미묘하고 복잡한 규칙을 희생 하면서 특히 항목 접근자를 사용하여 실질적인 효율성을 허용했습니다 .

" a의 요소를 참조 참조 포인터 및 반복자 basic_string시퀀스는 그 다음 사용에 의해 무효화 될 수도 basic_string개체 :
- 비 멤버 함수의 인수로 swap()(21.3.7.8), operator>>()(21.3.7.9)와 getline()(21.3. 7.9).
—의 인수로 basic_string::swap().
— 호출 data()및 c_str()멤버 함수.
- 비 호출 const제외 멤버 함수 operator[](), at(), begin(), rbegin(), end(), 및 rend().
-의 형태를 제외하고 상기 용도 중 임의의 이후 insert()및 erase()반복자 반환 비 처음 호출 const멤버 함수 operator[](), at(), begin(), rbegin(),end(), 또는 rend().

이러한 규칙은 너무 복잡하고 미묘해서 많은 프로그래머가 정확한 요약을 제공 할 수 있을지 의심 스럽습니다. 나는 할 수 없었다.

O (1) 요구 사항이 무시되면 어떻게됩니까?

예를 들어 C ++ 11 일정 시간 요구 사항 operator[]이 무시되면 COW for basic_string는 기술적으로는 가능하지만 구현하기 어려울 수 있습니다.

COW 데이터 복사없이 문자열 내용에 액세스 할 수있는 작업은 다음과 같습니다.

• 를 통한 연결 +.
• 를 통해 출력 <<.
• basic_string표준 라이브러리 함수에 인수로 사용 .

후자는 표준 라이브러리가 구현 특정 지식과 구성에 의존하도록 허용되기 때문입니다.

또한 구현은 COW 데이터 복사를 트리거하지 않고 문자열 내용에 액세스하기위한 다양한 비표준 기능을 제공 할 수 있습니다.

가장 복잡한 요인은 C ++ 11에서 basic_string항목 액세스가 데이터 복사 (문자열 데이터 공유 해제)를 트리거해야하지만 던지지 않아야한다는 것입니다 (예 : C ++ 11 §21.4.5 / 3 " Throws : Nothing."). 따라서 일반 동적 할당을 사용하여 COW 데이터 복사를위한 새 버퍼를 만들 수 없습니다. 이를 해결하는 한 가지 방법은 메모리를 실제로 할당하지 않고도 예약 할 수있는 특수 힙을 사용한 다음 문자열 값에 대한 각 논리적 참조에 필요한 양을 예약하는 것입니다. 이러한 힙에서 예약 및 예약 해제는 일정 시간 O (1) 일 수 있으며 이미 예약 한 양을 할당하면noexcept. 표준의 요구 사항을 준수하기 위해이 접근 방식을 사용하려면 고유 한 할당 자당 하나의 특별한 예약 기반 힙이 있어야합니다.

^{참고 :
¹ const항목 접근자는 클라이언트 코드가 데이터에 대한 참조 또는 포인터를 얻을 수 있도록 COW 데이터 복사를 트리거합니다. 이는 예를 들어 const항목 이 아닌 접근 자 에 의해 트리거되는 이후 데이터 복사에 의해 무효화되는 것이 허용되지 않습니다 .}

나는 항상 불변의 젖소에 대해 궁금해했습니다. 일단 젖소가 만들어지면 다른 젖소의 할당을 통해서만 변경 될 수 있으므로 표준을 준수 할 것입니다.

나는 오늘 간단한 비교 테스트를 위해 그것을 시도 할 시간을 가졌다. 모든 노드가 맵의 모든 문자열 세트를 보유하고있는 문자열 / 소로 키가 지정된 크기 N의 맵 (우리는 NxN 개의 객체를 가지고 있음).

~ 300 바이트 크기의 문자열과 N = 2000 젖소는 약간 더 빠르며 메모리를 거의 사용하지 않습니다. 아래를 참조하십시오. 크기는 kbs, 런 b는 젖소입니다.

~/icow$ ./tst 2000
preparation a
run
done a: time-delta=6 mem-delta=1563276
preparation b
run
done a: time-delta=3 mem-delta=186384