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正確理解RubyString用法

Ruby語言是一個(gè)運(yùn)用靈活的編程語言，通常都會(huì)被人們理解為一款解釋型腳本語言。在接下來的文章中，我們將會(huì)了解到一些關(guān)于Ruby String的相關(guān)知識(shí)。#t#

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Ruby語言中的String是mutable的，不像java、C#中的String是immutable的。比如

  1. str1="abc"
  2. str2="abc"

在java中，對(duì)于字面量的字符串，jvm內(nèi)部維持一張表，因此如果在java中，str1和str2是同一個(gè)String對(duì)象。而在Ruby中， str1和str2是完全不同的對(duì)象。同樣，在java中對(duì)于String對(duì)象的操作都將產(chǎn)生一個(gè)新的對(duì)象，而Ruby則是操縱同一個(gè)對(duì)象，比如:

  1. str="abc"
  2. str.concat("cdf")

此時(shí)str就是"abccdf"。Ruby String是怎么處理的呢？我們只談?wù)刢 ruby中的實(shí)現(xiàn)，有興趣的先看看這篇文章《管窺Ruby——對(duì)象基礎(chǔ)》。在ruby.h中我們可以看到String對(duì)象的結(jié)構(gòu)，Ruby中的對(duì)象（包括類也是對(duì)象）都是一個(gè)一個(gè)的struct，String也不能例外：

 
 
 
    
  
  
  
  1. struct RString { 
    2. 
  
  
  
  2. struct RBasic basic; 
    3. 
  
  
  
  3. long len; 
    4. 
  
  
  
  4. char *ptr; 
    5. 
  
  
  
  5. union { 
    6. 
  
  
  
  6. long capa; 
    7. 
  
  
  
  7. VALUE shared; 
    8. 
  
  
  
  8. } aux; 
    9. 
  
  
  
  9. }; 
    10. 
  
  
  
  10. //ruby.h
    11.

顯然，len是String的長度；ptr是一個(gè)char類型的指針，指向?qū)嶋H的字符串；然后是一個(gè)聯(lián)合，這個(gè)稍后再說。如果你看看ruby.h可以發(fā) 現(xiàn)，幾乎所有定義的對(duì)象結(jié)構(gòu)都有一個(gè)struct RBasic。顯然,struct RBasic包含由所有對(duì)象結(jié)構(gòu)體共享的一些重要信息的?？纯碦Basic:

 
 
 
    
  
  
  
  1. struct RBasic {  
    2. 
  
  
  
  2. unsigned long flags;  
    3. 
  
  
  
  3. VALUE klass;  
    4. 
  
  
  
  4. };
    5.

其中的flags是一個(gè)多用途的標(biāo)記，大多數(shù)情況下用于記錄結(jié)構(gòu)體的類型，ruby.h中預(yù)定義了一些列的宏，比如T_STRING（表示struct RString)，T_ARRAY(表示struct RArray）等。Klass是一個(gè)VALUE類型，VALUE也是unsigned long，可以地將它當(dāng)成指針（一個(gè)指針4字節(jié)，綽綽有余了）,它指向的是一個(gè)Ruby對(duì)象，這里以后再深入。

那么聯(lián)合aux中的capa和shared是干什么用的呢？因?yàn)镽uby的String是可變的，可變意味著len可以改變，我們需要每次都根據(jù)len的 變換來增減內(nèi)存（使用c中的realloc()函數(shù)），這顯然是一個(gè)很大的開銷，解決辦法就是預(yù)留一定的空間，ptr指向的內(nèi)存大小略大于len，這樣就 不需要頻繁調(diào)用realloc了，aux.capa就是一個(gè)長度，包含額外的內(nèi)存大小。那么aux.shared是干什么的呢？這是一個(gè)VALUE類型， 說明它是指向某個(gè)對(duì)象。aux.shared其實(shí)是用于加快字符串的創(chuàng)建速度，在一個(gè)循環(huán)中。

每次都重新創(chuàng)建一個(gè)"str"對(duì)象，內(nèi)部就是重復(fù)創(chuàng)建一個(gè)char[],這是相當(dāng)奢侈，aux.shared就是用于共享char[],以字面量創(chuàng)建的字符串會(huì)共享一個(gè)char[],當(dāng)要發(fā)生變化時(shí)，將字符串復(fù)制到一個(gè)非共享的內(nèi)存中，變化針對(duì)這個(gè)新拷貝進(jìn)行，這就是所謂的“copy-on-write"技術(shù)。解釋了String的內(nèi)部構(gòu)造，貌似還沒有介紹String是怎么實(shí)現(xiàn)mutable，我們寫一個(gè)Ruby擴(kuò)展測(cè)試下，我們想寫這樣一個(gè)Ruby類：

classTestdefteststr="str"str.concat("ing")endend

對(duì)應(yīng)的c語言代碼就是：

 
 
 
    
  
  
  
  1. #include 
    2. 
  
  
  
  2. #include"ruby.h"staticVALUEt_test(VALUEself){ 
    3. 
  
  
  
  3. VALUEstr;str=rb_str_new2("str"); 
    4. 
  
  
  
  4. printf("beforeconcat:str:%p, 
    5. 
  
  
  
  5. str.aux.shared:%p,str.ptr:%s"n",str,
    (RSTRING(str)->aux).shared,RSTRING(str)->ptr); 
    6. 
  
  
  
  6. rb_str_cat2(str,"ing"); 
    7. 
  
  
  
  7. printf("afterconcat:str:%p,str.aux.
    shared:%p,str.ptr:%s"n", 
    8. 
  
  
  
  8. str,(RSTRING(str)->aux).shared,RSTRING
    (str)->ptr);returnself; 
    9. 
  
  
  
  9. } 
    10. 
  
  
  
  10. VALUEcTest; 
    11. 
  
  
  
  11. voidInit_string_hack(){ 
    12. 
  
  
  
  12. cTest=rb_define_class("Test",rb_cObject); 
    13. 
  
  
  
  13. rb_define_method(cTest,"test",t_test,0); 
    14. 
  
  
  
  14. }//string_hack.c
    15.

在t_test中，通過rb_str_new2每次生成一個(gè)RString結(jié)構(gòu)，然后通過rb_str_cat2將str與"ing"連接起來，添加
了一些打印用于跟蹤。利用mkmf產(chǎn)生Makefile,寫一個(gè)extconf.rb

require'mkmf'create_makefile("string_hack");

執(zhí)行ruby extconf.rb，將產(chǎn)生一個(gè)Makefile,執(zhí)行make，生成一個(gè)string_hack.so的鏈接庫。擴(kuò)展寫完了，通過
ruby調(diào)用：

require'string_hack"t=Test.new(1..3).each{|i|t.test}

輸出：

before concat: str:0x40098a40, str.aux.shared:0x3, str.ptr:str
after concat: str:0x40098a40, str.aux.shared:0x8, str.ptr:string
before concat: str:0x40098a2c, str.aux.shared:0x3, str.ptr:str
after concat: str:0x40098a2c, str.aux.shared:0x8, str.ptr:string
before concat: str:0x40098a18, str.aux.shared:0x3, str.ptr:str
after concat: str:0x40098a18, str.aux.shared:0x8, str.ptr:string

從結(jié)果可以看出，在str concat之前之后，str指向的位置沒有改變，改變的僅僅是str中ptr指向的字符串的值，看看rb_str_cat2函數(shù)的實(shí)現(xiàn)就一目了然了：

 
 
 
    
  
  
  
  1. VALUErb_str_cat(str,ptr,len)VALUEstr; 
    2. 
  
  
  
  2. constchar*ptr; 
    3. 
  
  
  
  3. longlen; 
    4. 
  
  
  
  4. { 
    5. 
  
  
  
  5. if(len<0){rb_raise(rb_eArgError,
    "negativestringsize(orsizetoobig)"); 
    6. 
  
  
  
  6. } 
    7. 
  
  
  
  7. if(FL_TEST(str,STR_ASSOC)) 
    8. 
  
  
  
  8. { 
    9. 
  
  
  
  9. rb_str_modify(str); 
    10. 
  
  
  
  10. REALLOC_N(RSTRING(str)->ptr,char,
    RSTRING(str)->len+len); 
    11. 
  
  
  
  11. memcpy(RSTRING(str)->ptr+RSTRING
    (str)->len,ptr,len); 
    12. 
  
  
  
  12. RSTRING(str)->len+=len; 
    13. 
  
  
  
  13. RSTRING(str)->ptr[RSTRING(str)->len]='"0'; 
    14. 
  
  
  
  14. /*sentinel*/ 
    15. 
  
  
  
  15. returnstr; 
    16. 
  
  
  
  16. } 
    17. 
  
  
  
  17. returnrb_str_buf_cat(str,ptr,len); 
    18. 
  
  
  
  18. } 
    19. 
  
  
  
  19. VALUErb_str_cat2(str,ptr)VALUEstr; 
    20. 
  
  
  
  20. constchar*ptr; 
    21. 
  
  
  
  21. { 
    22. 
  
  
  
  22. returnrb_str_cat(str,ptr,strlen(ptr)); 
    23. 
  
  
  
  23. } 
    24. 
  
  
  
  24. //string.c
    25.

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