写时复制通过延迟数据拷贝提升性能，多个对象共享数据并维护引用计数，仅在修改时才复制，适用于字符串赋值、大型数据结构拷贝等场景；c++中可用智能指针实现，但需注意多线程下竞争问题，现代标准库因移动语义和线程安全考虑已较少使用。
写时复制（copy-on-Write，简称 COW）是一种延迟内存拷贝的优化策略。在 C++ 中，它常用于字符串（如早期 std::String 实现）、智能指针或容器中，目的是在多个对象共享同一份数据时，避免不必要的深拷贝，直到某个对象真正需要修改数据时才进行复制。
基本原理与使用场景
当两个对象共享同一块数据时，不立即复制数据，而是增加一个引用计数。只有当其中一个对象尝试修改数据时，才为它创建独立副本。这样可以显著提升性能，尤其是在频繁赋值但很少修改的场景下。
典型应用场景包括：
- 字符串赋值操作
- 自定义大型数据结构的拷贝
- 多线程间共享只读数据
实现思路与关键组件
要实现 COW，需要以下几个核心部分：
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- 引用计数：记录有多少对象正在共享当前数据。
- 共享数据指针：指向实际的数据存储区域。
- 写前检测机制：在修改数据前检查引用计数，决定是否需要复制。
简单示例：COW 字符串类
#include <iostream> #include <memory> struct CowStringData { std::string data; mutable int ref_count; CowStringData(const std::string &str) : data(str), ref_count(1) {} }; class CowString { private: mutable std::shared_ptr<CowStringData> ptr; void detach() { if (ptr->ref_count > 1) { ptr = std::make_shared<CowStringData>(ptr->data); } } public: CowString(const std::string &str) : ptr(std::make_shared<CowStringData>(str)) {} CowString(const CowString &other) : ptr(other.ptr) { // 引用计数由 shared_ptr 自动管理 } CowString& operator=(const CowString &other) { if (this != &other) { ptr = other.ptr; } return *this; } char& operator[](size_t index) { detach(); // 写前分离 return ptr->data[index]; } const char& operator[](size_t index) const { return ptr->data[index]; // 只读访问无需分离 } size_t size() const { return ptr->data.size(); } std::string str() const { return ptr->data; } };
在这个例子中，我们利用 std::shared_ptr 自动管理引用计数。调用非 const 的 operator[] 时触发 detach()，确保写操作不会影响其他共享者。
线程安全与注意事项
COW 在多线程环境下需格外小心。引用计数本身是原子操作（std::shared_ptr 保证），但 detach 判断和复制之间仍可能产生竞争。若多个线程同时写入，可能造成多次复制或逻辑错误。
常见解决方案：
现代 C++ 标准库（如 std::string）大多已弃用 COW，因 C++11 要求支持移动语义和更严格的迭代器失效规则，且多线程普及使得 COW 的优势减弱。
基本上就这些。COW 是一种经典优化手段，理解其机制有助于设计高效的数据结构，但在实际项目中要权衡是否真的需要它。