swap function & copy-and-swap idiom

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在C++中，眾所周知在一個資源管理類（例如含有指向堆記憶體的指標）中需要重新定義拷貝建構函式、賦值運算子以及解構函式（Big Three），在新標準下還可能需要定義移動建構函式和移動賦值運算子（Big Five）。但實際上，這條規則還可以有一個小擴充。就是在資源管理類中，往往需要重新定義自己的swap函數來作為最佳化手段。

1. swap函數

首先考察如下例子，假設類HasPtr中含有一個指向string的指標 *ps 和一個int類型值value。

class HasPtr {    public:        ...        ...        ...    private:        string* ps;        int value;};

則如果沒有定義自己的swap函數的話，調用標準庫的std::swap相當於進行如下動作：

HasPtr temp = v1;v1 = v2;v2 = temp; 

這裡v1中的string拷貝了兩次，造成了不必要的效率上的浪費。

其實我們知道，這裡swap只需交換指標指向就可以，所以我們可以寫出如下自訂版本的swap函數：

class HasPtr {    friend void swap(HasPtr& lhs, HasPtr& rhs);    ...    ...};inlinevoid swap(HasPtr& lhs, HasPtr& rhs) {    using std::swap;    swap(lhs.ps, rhs,ps);    swap(lhs.value, rhs.value);}

注意： 這裡有一點值得注意的是，函數調用的時候應該寫成swap，而非std::swap形式。這是因為如果HasPtr含有某一特定類型（如Foo類型）的成員foo，則如果Foo定義了自己的swap函數的swap函數的話，應該調用其自訂的swap函數，否則調用標準庫的std::swap。

所以如下形式1是不對的，應該寫成形式2所示。

//形式1void swap(HasPtr& lhs, HasPtr& rhs) {    std::swap(lhs.foo, rhs.foo);}//形式2void swap(HasPtr& lhs, HasPtr& rhs) {    using std::swap;    swap(lhs.foo, rhs.foo);}

 

2. copy and swap idiom

定義了swap函數的類常用swap來定義他們的賦值運算子，即copy and swap技術。

這樣做可以做到天然的異常安全並且正確處理自我賦值問題，是簡潔高效安全的寫法。（為什麼其他方法存在異常安全或自我賦值問題可以參加effective c++條款11）

上述例子使用copy and swap技術定義賦值運算子如下：

HasPtr& HasPtr::operator=(HasPtr rhs) {    swap(*this, rhs);    return *this;}

可以看出，不同於一般的賦值運算子，其參數採用傳值方式，而非引用。它與如下代碼功能上等價，但效率上更高（將copy動作移至函數參數構造階段）

HasPtr& HasPtr::operator=(const HasPtr& rhs) {    HasPtr temp(rhs);    swap(*this, temp);    return *this;}

這兩種方式均可以完美解決異常安全和自我賦值問題。第一種方法被C++ primer和C++編程規範所推薦，Scott Meyers在effective c++中表達了一些對其可讀性的憂慮，但如果掌握好copy and swap idiom，還是應該推薦採用第一種寫法產生更高效的代碼。

 

參考資料：

1.Stanley B. Lippman / Josée Lajoie / Barbara E. Moo,  C++ Primer 中文版（第 5 版）[M].  電子工業出版社,2013

2.Meyers S. Effective C++[M]. Addison Wesley, 2005.

3.Sutter H, Alexandrescu A. C++ Coding Standards: 101 Rules, Guidelines, and Best Practices (C++ in Depth Series)[M]. Addison-Wesley Professional, 2004.

4.關於swap and copy idiom問題在stackoverflow上的解答： http://stackoverflow.com/questions/3279543/what-is-the-copy-and-swap-idiom

 

swap function & copy-and-swap idiom