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Delphi 中 函数参数中的 const 修饰符的本质以及注意事项

时间:2016-04-20 19:36:07      阅读:357      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

来自:http://blog.csdn.net/farrellcn/article/details/9096787

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很多书籍中说函数参数如果是String类型的,如果在函数内部不改变参数的值,使用 const 修饰符会加快程序的执行速度,至于如何加快的?有的人说是因为 const 函数保证了参数字符串不会被复制。以前也没有对这个问题深入研究,但是在不修改函数参数的时候,总是习惯加上 const 修饰符,前几天在csdn论坛上解答某个人的问题是,发现程序产生的结果和预期的不一样,检查了一遍代码,发现没有什么问题,按理不应该出现错误。于是跟踪调试,发现是用 const 修饰的一个 String 类型的函数参数在该函数中被意外地更改了其内容,这很奇怪啊,因为在函数内部没有修改其值的地方,况且用 const 修饰的参数,如果存在修改其内容的语句,编译都过不去,更何谈执行了。于是,就跟踪代码,查找原因,这一跟踪,发现了一个问题:
    跟踪测试代码如下:

var  
  SS: String;  
  
procedure test1(const s: String);  
begin  
  try  
    SS := 你好;  
    ShowMessage(s);  
  except  
  end;  
end;  
  
procedure TfrmMain.btnTestClick(Sender: TObject);  
begin  
  SS := Hello;  
  test1(SS);  
end;  

 

var  
  SS: String;  
  
procedure test1(const s: String);  
begin  
  try  
    SS := 你好;  
    ShowMessage(s);  
  except  
  end;  
end;  
  
procedure TfrmMain.btnTestClick(Sender: TObject);  
begin  
  SS := Hello;  
  test1(SS);  
end;  

代码很简单,按照程序逻辑,ShowMessage(s) 的结果应该显示 "Hello",有些人看了前面的描述,可能会觉得,好像应显示 "你好",这些都不对,显示的是乱码!呵呵,吓一跳吧!好了,下面我就来解释下,为什么会显示乱码:

    首先,看看加了 const 修饰符到底会有什么不同:

procedure test1(const s: String);  
begin  
  try  
    SS := 你好;  
    ShowMessage(s);  
  except  
  end;  
end;  
procedure test1(const s: String);  
begin  
  try  
    SS := 你好;  
    ShowMessage(s);  
  except  
  end;  
end;

在Test1函数的begin处断开,然后看看汇编代码到底干了什么:

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上图是在 begin 处加了断点后,程序运行到这里的汇编代码,其中,红色方框中的,就是在 begin 到第一句语句 try 处执行的代码。
    再看看不加 const 会怎么样:

procedure test1(s: String);  
begin  
  try  
    SS := 你好;  
    ShowMessage(s);  
  except  
  end;  
end;
procedure test1(s: String);  
begin  
  try  
    SS := 你好;  
    ShowMessage(s);  
  except  
  end;  
end;

 

在 Test1 函数的 begin 处断开,然后看看汇编代码到底干了什么:

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上图就是不加 const 修饰符,程序运行到 begin 处的汇编代码,红色方框中,就是 begin 到第一句语句 try 处执行的代码。
    对比上面的两处代码,发现不加 const 修饰符,多了一段代码

mov  [ebp-$04],eax  
mov  eax,[ebp-$04]  
call @LStrAddRef  
  
xor  eax,eax  
push ebp  
push $0045214b  
push dword ptr fs:[eax]  
mov  fs:[eax],esp
mov  [ebp-$04],eax  
mov  eax,[ebp-$04]  
call @LStrAddRef  
  
xor  eax,eax  
push ebp  
push $0045214b  
push dword ptr fs:[eax]  
mov  fs:[eax],esp 

下面一句一句来解释

 

mov  [ebp-$04],eax

 

    将 eax 寄存器中的内容复制到 ebp-$04 所指向的内存中。
    因为eax是函数的第一个参数,也就是字符串参数 s 的内容。在 delphi 中字符串是一个指针,指向在堆中开辟的字符串内容的地址,因此这句的意思就是将字符串参数指针的内容放入 ebp-$04 所指向的位置,因为在程序一开始有

push ebp
mov  ebp,esp

 

    esp是栈指针,总是指向栈顶,因此,ebp所指向的内容就是这个函数用到的栈的栈顶的位置。紧接着:

 

push ecx
push ebx
push esi
push edi

 

    四个压栈指令,导致在栈中预留出了4个位置。ebp-$04 就是栈中第一个预留位置。因此,

 

mov  [ebp-$04],eax

 

    就是将函数参数的第一个参数放入到栈中。

 

 

mov  eax,[ebp-$04]
call @LStrAddRef

 

    这两句完成了一个功能,就是调用@LStrAddRef函数,在system单元翻看@LStrAddRef函数完成的功能

function _LStrAddRef(var str): Pointer;  
{$IFDEF PUREPASCAL}  
var  
  P: PStrRec;  
begin  
  P := Pointer(Integer(str) - sizeof(StrRec));  
  if P <> nil then  
    if P.refcnt >= 0 then  
      InterlockedIncrement(P.refcnt);  
  Result := Pointer(str);  
end;  
{$ELSE}

 

function _LStrAddRef(var str): Pointer;  
{$IFDEF PUREPASCAL}  
var  
  P: PStrRec;  
begin  
  P := Pointer(Integer(str) - sizeof(StrRec));  
  if P <> nil then  
    if P.refcnt >= 0 then  
      InterlockedIncrement(P.refcnt);  
  Result := Pointer(str);  
end;  
{$ELSE} 

其中用到了PStrRec,其结构如下

type
  PStrRec = ^StrRec;
  StrRec = packed record
    refCnt: Longint;
    length: Longint;
  end;

 

    简单解释下:
    先解释下 StrRec 结构,在delphi中,String类型的数据,实际上就是一个 StrRec 结构的数据再加上字符串本身的内容,其中 refCnt 表示字符串被引用的次数,length 是字符串的长度。refCnt 的作用是:当其值为0的时候,表示这个字符串没有任何一个地方使用了,这时,delphi 会在适当的时候释放这个字符串所占用的内存。
    再说下 LStrAddRef 函数完成的功能,首先得到指向传入字符串所对应的StrRec结构体的指针,然后判断这个结构体是否为空,如果不为空,再判断这个结构体中的 refCnt 是否大于等于0,如果是,就将其加一,然后返回指向这个字符串本身的指针。

    好了

mov  eax,[ebp-$04]
call @LStrAddRef

    所完成的功能就是让字符串 ebp-$04 中保存的字符串的引用计数加一,而 ebp-$04 中保存的,恰好是函数第一个参数传入的内容,也就是说,这两句完成的是让传入的字符串参数的引用计数加一

 

 

xor  eax,eax
push ebp
push $0045214b
push dword ptr fs:[eax]
mov  fs:[eax],esp

    这几句是与delphi实现的异常处理有关,在这里不做说明了,和本文讨论的内容关系不大。

 

 

    问题描述到这里,我们可以看到,使用 const 修饰和不使用 const 修饰的差别:不使用 const 会让函数参数多了一个增加引用计数的过程。好了,记住这个结论。实际上,问题就出在这里


    首先分析下程序的流程:

procedure TfrmMain.btnTestClick(Sender: TObject);  
begin  
  SS := Hello;  
  test1(SS);  
end;
procedure TfrmMain.btnTestClick(Sender: TObject);  
begin  
  SS := Hello;  
  test1(SS);  
end; 

为全局的字符串变量 SS 赋值为"Hello",然后以 SS 为参数调用Test1函数。

procedure test1(const s: String);  
begin  
  try  
    SS := 你好;  
    ShowMessage(s);  
  except  
  end;  
end; 
procedure test1(const s: String);  
begin  
  try  
    SS := 你好;  
    ShowMessage(s);  
  except  
  end;  
end;  

在 Test1 函数中,修改 SS 的内容,并显示参数S的内容

    整个流程并不复杂,下面,在汇编下,看看是怎么完成的:
    在 SS := "Hello" 处下断点,跟踪。

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为 SS 赋值的语句为上面红框框出来的部分,调用了@LStrAsg函数完成了赋值功能,下面是@LStrAsg函数

//两个参数,第一个参数为目标字符串,也就是要赋值的字符串   
//第二个参数是原始字符串,也就是要赋值的原始值   
procedure _LStrAsg(var dest; const source);  
{$IFDEF PUREPASCAL}  
var  
  S, D: Pointer;  
  P: PStrRec;  
  Temp: Longint;  
begin  
  S := Pointer(source);  //得到指向原始字符串的地址   
  if S <> nil then    
  begin  
    P := PStrRec(Integer(S) - sizeof(StrRec));  //得到指向原始字符串的 StrRec 结构指针   
      
    //当原始字符串为常量时,其引用计数为-1   
    //这种时候,会引起字符串的复制操作   
    if P.refCnt < 0 then   // make copy of string literal   
    begin  
      Temp := P.length;   //获得原始字符串的长度   
      S := _NewAnsiString(Temp);  //开辟一块大小为原始字符串长度的内存   
      Move(Pointer(source)^, S^, Temp);  //将原始字符串的内容复制到新开辟的内存中   
      P := PStrRec(Integer(S) - sizeof(StrRec));  //将 P 设置为指向新字符串的 StrRec 结构指针   
    end;  
    InterlockedIncrement(P.refCnt); //增加 P 所指向的字符串的引用计数   
  end;  
  
  //设置目标字符串   
  D := Pointer(dest);  //保存指向目标字符串原来的指针到 D   
  Pointer(dest) := S;  //设置目标字符串为 S 指向的字符串   
  
  //如果原来的目标不为空,则将其引用计数减一   
  //减一之后,如果引用计数为零,则释放这个字符串占的内存   
  if D <> nil then  
  begin  
    P := PStrRec(Integer(D) - sizeof(StrRec));  
    if P.refCnt > 0 then  
      if InterlockedDecrement(P.refCnt) = 0 then  
        FreeMem(P);  
  end;  
end;  
{$ELSE}

 

//两个参数,第一个参数为目标字符串,也就是要赋值的字符串  
//第二个参数是原始字符串,也就是要赋值的原始值  
procedure _LStrAsg(var dest; const source);  
{$IFDEF PUREPASCAL}  
var  
  S, D: Pointer;  
  P: PStrRec;  
  Temp: Longint;  
begin  
  S := Pointer(source);  //得到指向原始字符串的地址  
  if S <> nil then    
  begin  
    P := PStrRec(Integer(S) - sizeof(StrRec));  //得到指向原始字符串的 StrRec 结构指针  
      
    //当原始字符串为常量时,其引用计数为-1  
    //这种时候,会引起字符串的复制操作  
    if P.refCnt < 0 then   // make copy of string literal  
    begin  
      Temp := P.length;   //获得原始字符串的长度  
      S := _NewAnsiString(Temp);  //开辟一块大小为原始字符串长度的内存  
      Move(Pointer(source)^, S^, Temp);  //将原始字符串的内容复制到新开辟的内存中  
      P := PStrRec(Integer(S) - sizeof(StrRec));  //将 P 设置为指向新字符串的 StrRec 结构指针  
    end;  
    InterlockedIncrement(P.refCnt); //增加 P 所指向的字符串的引用计数  
  end;  
  
  //设置目标字符串  
  D := Pointer(dest);  //保存指向目标字符串原来的指针到 D  
  Pointer(dest) := S;  //设置目标字符串为 S 指向的字符串  
  
  //如果原来的目标不为空,则将其引用计数减一  
  //减一之后,如果引用计数为零,则释放这个字符串占的内存  
  if D <> nil then  
  begin  
    P := PStrRec(Integer(D) - sizeof(StrRec));  
    if P.refCnt > 0 then  
      if InterlockedDecrement(P.refCnt) = 0 then  
        FreeMem(P);  
  end;  
end;  
{$ELSE}

从这个函数中可以看到,为 SS 赋值为 ‘Hello‘ 的过程是:因为 ‘Hello‘ 为常量,其引用计数为-1,因此,先开辟了一块内存,然后将 ‘Hello‘ 这个字符串的内容复制到新内存中,因为 SS 在赋值前是空(上图中,下面红框框出来的地方就是SS的原始值,可以看到,其内容为0),因此没有执行减少引用计数的部分代码。

    顺便看看为新字符串开辟内存空间的_NewAnsiString函数吧

//传入字符串的长度,返回新分配的内存   
function _NewAnsiString(length: Longint): Pointer;  
{$IFDEF PUREPASCAL}  
var  
  P: PStrRec;  
begin  
  Result := nil;  
  if length <= 0 then Exit;  
    
  //开辟一块内存,其大小是 Length 加 StrRec 结构的长度加1   
  //之所以要加1,是为了在字符串的最后加入一个#0,以便和PChar类型兼容   
  //后面的((length + 1) and 1) 是为了地址对齐而加入的,暂时不用理会   
  GetMem(P, length + sizeof(StrRec) + 1 + ((length + 1) and 1));  
  
  //返回新开辟的内存,注意,这里不是返回其首地址,   
  //而是跳过了 StrRec 结构   
  Result := Pointer(Integer(P) + sizeof(StrRec));  
  P.length := length; //设置新字符串长度为传入的长度   
  P.refcnt := 1; //设置引用计数为1   
  
  //为字符串的最后面加入#0   
  PWideChar(Result)[length div 2] := #0;  // length guaranteed >= 2   
end;  
{$ELSE} 

 

//传入字符串的长度,返回新分配的内存  
function _NewAnsiString(length: Longint): Pointer;  
{$IFDEF PUREPASCAL}  
var  
  P: PStrRec;  
begin  
  Result := nil;  
  if length <= 0 then Exit;  
    
  //开辟一块内存,其大小是 Length 加 StrRec 结构的长度加1  
  //之所以要加1,是为了在字符串的最后加入一个#0,以便和PChar类型兼容  
  //后面的((length + 1) and 1) 是为了地址对齐而加入的,暂时不用理会  
  GetMem(P, length + sizeof(StrRec) + 1 + ((length + 1) and 1));  
  
  //返回新开辟的内存,注意,这里不是返回其首地址,  
  //而是跳过了 StrRec 结构  
  Result := Pointer(Integer(P) + sizeof(StrRec));  
  P.length := length; //设置新字符串长度为传入的长度  
  P.refcnt := 1; //设置引用计数为1  
  
  //为字符串的最后面加入#0  
  PWideChar(Result)[length div 2] := #0;  // length guaranteed >= 2  
end;  
{$ELSE}

 

这个函数没什么好说的,看看加入的注释就知道怎么回事了。这里可以看到,所有新字符串的引用计数都为1
    赋值结束后,SS 的内容由 0 变成了 $00B23E4C,这可以从下面的图中看到。

 

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  好了,给 SS 赋值为 ‘Hello‘ 就到这里

 

    下面看看调用 Test1 的部分
    调用前

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在图中可以看到,为 test1 传递参数就是 SS 的内容,即 $00B23E4C,这个地址指向的就是字符串‘Hello‘
    并且,从图中可以看到,调用函数 test1 之前,字符串 ‘Hello‘ 的引用计数是 1,长度是 5


    调用后

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调用后,从图中可以看到,全局变量 SS 中保存的依然是 $00B23E4C

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从上图中看 $00B23E4C 地址中的字符串,其引用计数依然是 1。
    这里需要注意的是:已经有两个地方引用到了这个地址,一个是 SS,另一个就是用 const 修饰的常量参数。
    从这里可以看出,用 const 修饰的字符串参数,不会引起字符串的引用计数的变化,这点很重要,问题其实就出在这里。
    当在函数中改变了全局变量的值,会发生什么事情呢?我们看看下图

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从图中可以看到,SS 的内容已经变为 $00B23E60 了,为什么会这样呢?我们还是来看看赋值函数 @LStrAsg 都做了些什么吧。
    结合着 图4 和 图5 给出的信息我们看到,调用@LStrAsg前,SS 的内容不为空,其内容是 $00B23E4C,而这个地址就是字符串 ‘Hello‘ 所在的内存,并且,其引用计数为 1。因此,函数 @LStrAsg 的第一个参数不为空,也就是说,目标字符串不为空。因为这次赋值依然是将一个常量赋值给 SS 因此,依然会分配一块新的内存,并将新字符串的内容复制到这块内存中,再将新内存的地址给 SS 。在向下执行的时候,问题来了,因为原始的 SS 不为空,因此进入了下面这段代码:

//如果原来的目标不为空,则将其引用计数减一   
//减一之后,如果引用计数为零,则释放这个字符串占的内存   
if D <> nil then  
begin  
  P := PStrRec(Integer(D) - sizeof(StrRec));  
  if P.refCnt > 0 then  
    if InterlockedDecrement(P.refCnt) = 0 then  
      FreeMem(P);  
end;  

 

//如果原来的目标不为空,则将其引用计数减一  
//减一之后,如果引用计数为零,则释放这个字符串占的内存  
if D <> nil then  
begin  
  P := PStrRec(Integer(D) - sizeof(StrRec));  
  if P.refCnt > 0 then  
    if InterlockedDecrement(P.refCnt) = 0 then  
      FreeMem(P);  
end; 

取出原始字符串(也就是 ‘Hello‘ 字符串),的 StrRec 结构中的内容,因为其引用计数为 1 ,所以执行

 

      if InterlockedDecrement(P.refCnt) = 0 then

 

    减 1 后刚好是 0,因此就执行了

 

        FreeMem(P);

 

    看到了吧,‘Hello‘ 这个字符串被释放了。
    从下面的图中,也可以看到,确实被释放了

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也就是说,当程序执行完了

 

  SS := ‘你好‘

 

    之后,原来的 ‘Hello‘ 被释放了。
    但是,这个函数的参数还是一个指向原来 ‘Hello‘ 的地址,因此,这参数就变成了一个无效的指针,因此,随后的

 

    ShowMessage(s);

 

    也就成了显示一个无效字符串的内容的语句,所以出来的是乱码。


    这就是为什么当使用 const 修饰的字符串参数,为什么会出这个问题的原因。

    而不使用 const 修饰的函数,因为在最开始的部分,调用了 @LStrAddRef ,导致字符串 ‘Hello‘ 的引用计数变成了 2,因此,当执行

 

      if InterlockedDecrement(P.refCnt) = 0 then

 

    时,其引用计数虽然被减1,但是因为原始值是二,因此不会执行

 

        FreeMem(P);

 

    好了,这个问题就说到这里。

 

    面写的东西有点多,导致看起来比较乱,简单来说:
    使用 const 修饰的字符串参数,delphi在编译的时候,不会为其加入更改引用计数的代码,导致了当改变了参数原始的字符串的时候,参数所指向的字符串被意外释放,致使参数变成了无意义的字符串指针,因此会显示出乱码;而不采用 const 修饰的参数,则因为改变了引用计数,所以就不会出问题。

 

    也许有的人会认为,既然是全局参数,在函数内部直接就可以访问到,干吗还要用参数传进来啊?
    其实,这不是什么问题,一般情况下,也不会发生这种情况,但问题是,代码不是一个人的代码,A写的代码,可能B要修改,C也要修改,那么改来改去,就有可能会出现上面的情况。

    全局变量这种比较敏感的使用方式往往遭人诟病,但是,类中的成员变量,一样会涉及到这个问题。只要是能被函数直接访问到的生存期自管理变量,当其作为参数传入到函数中时,如果使用 const 修饰,都会出现这个问题。

    还有一种情况,就是多线程,如果使用了const 修饰,当某个生存期自管理变量被当做参数传入到线程的某个函数中时,另外一个线程更改了这个生存期自管理变量的值,这时候,前一个线程中的那个参数就会出现非法访问。这个问题更加隐蔽了。

    这种问题比较隐蔽,而且错误也出的莫名其妙,因为按照正常逻辑,是不会出问题的。

 

 

    这种问题出在Delphi中的生存期自管理的变量当中,如果是 variant 或者接口类型的变量,也采用 const 修饰,那估计也会出现这个问题。

 

 

 

    另外,还有一种情况也和引用计数有关,模型如下:

procedure abc(Value: String);  
var  
  p: PChar;  
begin  
  p := PChar(Value);  
  p^ := a;  
end;  
  
var  
  s, s1, s2, s3, s4: String;  
begin  
  s3 := 1234;  
  s4 := 5678;  
  s := s3 + s4;  //这里产生了内存复制   
  s1 := s;   //这里没有产生内存复制,仅仅是引用计数加1   
  abc(s1);  
end;

 

procedure abc(Value: String);  
var  
  p: PChar;  
begin  
  p := PChar(Value);  
  p^ := a;  
end;  
  
var  
  s, s1, s2, s3, s4: String;  
begin  
  s3 := 1234;  
  s4 := 5678;  
  s := s3 + s4;  //这里产生了内存复制  
  s1 := s;   //这里没有产生内存复制,仅仅是引用计数加1  
  abc(s1);  
end;

上面的代码,应该是函数 abc 内部的代码不会影响到调用函数的部分外面,也就是调用之后,s和s1应该是不变的,但是在调用完 abc 之后,s 和 s1 的内容也被改变了!!
    也就是说,从s到s1再到参数Value,Delphi始终没有进行copy-on-write,仅仅是改变了引用计数,操作Value也就是操作 s 和 s1 指向的字符串。但是从代码的形式上看,s1 := s;的本意就是把s的内容给s1,而从函数abc的声明上看,是传值调用,应该是把s1的值(也就是字符串本身)复制一份给Value,从逻辑上,操作Value不应该对s1或者s有影响,但是,实际上确实有影响。
    这个错误应该是很隐蔽的!

    如果把上面的abc函数换成下面的函数

procedure abc(Value: String);  
var  
  p: PChar;  
begin  
  p := @Value[1];  //在这里,引起了内存字符串复制操作,也就是 Value 被分离出来   
  p^ := a;  
end; 

 

procedure abc(Value: String);  
var  
  p: PChar;  
begin  
  p := @Value[1];  //在这里,引起了内存字符串复制操作,也就是 Value 被分离出来  
  p^ := a;  
end; 

那么s1和s的内容都不会被改变了。
    这应该说是Delphi在进行copy-on-write时候没有考虑到的遗漏呢,还是应该说本来就是这个样子呢?

 

 

    (以上的程序仅仅是临时写的测试程序,基本没有什么应用的价值,算是为了测试而测试吧)

Delphi 中 函数参数中的 const 修饰符的本质以及注意事项

原文:http://www.cnblogs.com/del88/p/5413691.html

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