莊周夢蝶

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          深入下Ruby中的String

          Posted on 2007-09-12 09:43 dennis 閱讀(1934) 評論(0)  編輯  收藏 所屬分類: 動態語言my open-source源碼解讀
              Ruby語言中的String是mutable的,不像java、C#中的String是immutable的。比如
                 str1="abc"
                 str2="abc"
          在java中,對于字面量的字符串,jvm內部維持一張表,因此如果在java中,str1和str2是同一個String對象。而在Ruby中,str1和str2是完全不同的對象。同樣,在java中對于String對象的操作都將產生一個新的對象,而Ruby則是操縱同一個對象,比如:
                 str="abc"
                 str.concat("cdf")
          此時str就是"abccdf"。Ruby對String是怎么處理的呢?我們只談談c ruby中的實現,有興趣的先看看這篇文章《管窺Ruby——對象基礎》。在ruby.h中我們可以看到String對象的結構,Ruby中的對象(包括類也是對象)都是一個一個的struct,String也不能例外:
          struct RString {
              struct RBasic basic;
              long len;
              char *ptr;
              union {
                long capa;
                VALUE shared;
              } aux;
          };
          //ruby.h

              顯然,len是String的長度;ptr是一個char類型的指針,指向實際的字符串;然后是一個聯合,這個稍后再說。如果你看看ruby.h可以發現,幾乎所有定義的對象結構都有一個struct RBasic。顯然,struct RBasic包含由所有對象結構體共享的一些重要信息的。看看RBasic:

          struct RBasic {
           unsigned long flags;
           VALUE klass;
          };
          其中的flags是一個多用途的標記,大多數情況下用于記錄結構體的類型,ruby.h中預定義了一些列的宏,比如T_STRING(表示struct RString),T_ARRAY(表示struct RArray)等。Klass是一個VALUE類型,VALUE也是unsigned long,可以地將它當成指針(一個指針4字節,綽綽有余了),它指向的是一個Ruby對象,這里以后再深入。
              那么聯合aux中的capa和shared是干什么用的呢?因為Ruby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len的變換來增減內存(使用c中的realloc()函數),這顯然是一個很大的開銷,解決辦法就是預留一定的空間,ptr指向的內存大小略大于len,這樣就不需要頻繁調用realloc了,aux.capa就是一個長度,包含額外的內存大小。那么aux.shared是干什么的呢?這是一個VALUE類型,說明它是指向某個對象。aux.shared其實是用于加快字符串的創建速度,在一個循環中:
          while true do  # 無限重復
          a = "str" # 以“str”為內容創建字符串,賦值給a
          a.concat("ing") # 為a所指向的對象添加“ing”
          p(a) # 顯示“string”
          end
          每次都重新創建一個"str"對象,內部就是重復創建一個char[],這是相當奢侈,aux.shared就是用于共享char[],
          以字面量創建的字符串會共享一個char[],當要發生變化時,將字符串復制到一個非共享的內存中,變化針對這
          個新拷貝進行,這就是所謂的“copy-on-write"技術。解釋了String的內部構造,貌似還沒有介紹String是怎么
          實現mutable,我們寫一個Ruby擴展測試下,我們想寫這樣一個Ruby類:
          class Test
          def test
          str="str"
          str.concat("ing")
          end
          end
          對應的c語言代碼就是:
          #include<stdio.h>
          #include 
          "ruby.h"

          static VALUE t_test(VALUE self)
          {
            VALUE str;
            str
          =rb_str_new2("str");
            printf(
          "before concat: str:%p, str.aux.shared:%p, str.ptr:%s"n",str,
                 (RSTRING(str)->aux).shared,RSTRING(str)->ptr);
            rb_str_cat2(str,
          "ing");
            printf(
          "after concat: str:%p, str.aux.shared:%p, str.ptr:%s"n",
                 str,(RSTRING(str)->aux).shared,RSTRING(str)->ptr);
            
          return self;
          }
          VALUE cTest;
          void Init_string_hack(){
            cTest
          =rb_define_class("Test",rb_cObject);
            rb_define_method(cTest,
          "test",t_test,0);

          }
          //string_hack.c
             rb_define_class函數定義了一個類Test,rb_define_method將t_test方法以test的名稱添加到Test類。在
          t_test中,通過rb_str_new2每次生成一個RString結構,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產生Makefile,寫一個extconf.rb
          require 'mkmf'
          create_makefile("string_hack");
          執行ruby extconf.rb,將產生一個Makefile,執行make,生成一個string_hack.so的鏈接庫。擴展寫完了,通過
          ruby調用:
          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函數的實現就一目了然了:
          VALUE rb_str_cat(str, ptr, len)
              VALUE str;
              const char *ptr;
              long len;
          {
              if (len < 0) {
                  rb_raise(rb_eArgError, "negative string size (or size too big)");
              }
              if (FL_TEST(str, STR_ASSOC)) {
                  rb_str_modify(str);
                  REALLOC_N(RSTRING(str)->ptr, char, RSTRING(str)->len+len);
                  memcpy(RSTRING(str)->ptr + RSTRING(str)->len, ptr, len);
                  RSTRING(str)->len += len;
                  RSTRING(str)->ptr[RSTRING(str)->len] = '"0'; /* sentinel */
                  return str;
              }
              return rb_str_buf_cat(str, ptr, len);
          }
          VALUE rb_str_cat2(str, ptr)
              VALUE str;
              const char *ptr;
          {
              return rb_str_cat(str, ptr, strlen(ptr));
          }
          //string.c



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