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Effective C++：条款25：考虑写出一个不抛异常的swap函数

2024-07-09 07:57:03   225人阅读

（一）

缺省情况下swap动作可由标准程序库提供的swap算法完成：

namespace std { 
    template<typename T> 
    void swap(T& a, T& b) { 
        T temp(a); 
        a = b; 
        b = temp; 
    } 
}
这个函数是异常安全性编程的核心，并且是用来处理自我赋值可能性的一个常见机制

但是对某些类型而言，这些复制动作无一必要：其中主要的就是“以指针指向一个对象，内含真正数据”那种类型。多为“pimpl手法”（pointer to implementation的缩写）

<span style="color:#333333;"><span style="font-family:Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif;font-size:12px;">class WidgetImpl { 
private: 
    int a, b, c; 
    std::vector<double> v; 
}; 
class Widget { 
public: 
    Widget(const Widget& rhs); 
    Widget& operator=(const Widget& rhs) { 
        *pImpl = *(rhs.pImpl); 
    } 
private: 
    WidgetImpl* pImpl; 
};</span></span>
要置换两个Widget对象值，唯一要做的就是置换pImpl指针，缺省的swap算法不知道这一点。不只复制3个Widget还复制3个WidgetImpl对象。非常缺乏效率！

解决办法:

我们可以令Widget声明一个swap的public成员函数做真正的替换工作，然后将std::swap特化，令他调用该成员函数：

<span style="color:#333333;"><span style="font-family:Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif;">class Widget { 
public: 
    Widget(const Widget& rhs); 
    Widget& operator=(const Widget& rhs) { 
        *pImpl = *(rhs.pImpl); 
    } 
    void swap(Widget& other) { 
        using std::swap; 
        swap(pImpl, other.pImpl); 
    } 
private: 
    WidgetImpl* pImpl; 
};

</span></span><pre name="code" class="cpp" style="line-height: 19px; text-align: justify;">class WidgetImpl { 
private: 
    int a, b, c; 
    std::vector<double> v; 
};
namespace std{ template<> void swap<Widget>(Widget& a, Widget& b) { a.swap(b); } }
这种做法不只能够通过编译，还与STL容器有一致性，因为所有STL容器也都提供有public swap成员函数和std::swap特化版本（用以调用前者）。

（二） 
假设Widget和WidgetImpl都是class templates而非classes：
<span style="color:#333333;"><span style="font-family:Verdana, Arial, Helvetica, sans-serif;">template <typename T>
class WidgetImpl{…};
template <typename T>
class Widget{…};</span></span>
所谓的“partially specialize“：C++允许对类模板进行”部分特化“，但不允许对模板函数进行”部分特化“。下面的定义就是错误的（将上例中的Widget类写成模板类）：
namespace std{
	template<typename T>
	void swap<Widget<T>>(Widget<T>& a, Widget<T>& b){		//错误！不合法！
		a.swap(b);
	}
}
即使添加重载版本也行不通，因为标准命名空间是一个特殊的命名空间，客户可以全特化里面的模板，但是不能添加新的模板（包括类模板和函数模板）到标准命名空间中去。所以下面这种方法不行！
namespace std{
	template<typename T>
	void swap(Widget<T>& a, Widget<T>& b){		//试图重载，不合法！
		a.swap(b);
	}
}
一般而言，重载function template没有问题，但std是个特殊的命名空间，管理也就比较特殊。客户可以全特化std内的templates，但不可以添加新的templates（或class或function或任何其他东西）到std里头。其实跨越红线的程序几乎仍可编译执行，但他们行为没有明确定义。所以不要添加任何新东西到std里头。

解决方法：
为了提供较高效的template特定版本。我们还是声明一个non-member swap但不再是std::swap的特化版本或重载版本：
namespace WidgetStuff { 
    template<typename T> 
        class Widget{...}; 
    template<typename T> 
    void swap(Widget<T>& a, Widget<T>& b) { 
        a.swap(b); 
    } 
}
现在，任何地点的任何代码如果打算置换两个Widget对象，因而调用swap，C++的名称查找法则就是所谓“argument-dependent lookup”会找到WidgetStuff内的专属版本。

（三）
template<typename T> 
void doSomething(T& obj1, T& obj2) { 
    swap(obj1, obj2); 
}
上面的应该使用哪个swap？是std既有的那个一般化版本还是某个可能存在的特化版本等？你希望应该是调用T专属版本，并在该版本不存在的情况下调用std内的一般化版本，下面是你希望发生的事：
template<typename T> 
void doSomething(T& obj1, T& obj2) { 
    using std::swap;    //令std::swap在此函数内可用 
    swap(obj1, obj2); 
}
c++的名称查找法则（name lookup rules）确保将找到global作用域或T所在之命名空间内的任何T专属的swap。如果T是Widget并且位于命名空间WidgetStuff内，编译器会找出WidgetStuff内的swap。如果没有T专属的swap存在，编译器就是用std内的swap，然而即便如此，编译器还是比较喜欢std::swap的T专属特化版本，而非一般化的那个template。

总结：
（1）如果swap的缺省实现码对你的class或class template提供可接受的效率，那么我们不需要额外做任何事。
（2）如果swap缺省实现版效率不足（某种pimpl)，那么我们就像这样做：
1.提供一个public swap成员函数，这个函数绝不该抛出异常。
2.在class或template所在的命名空间内提供一个non-member swap， 并令他调用上述swap成员函数。
3.如果正编写一个class（而非class template），为你的class特化std::swap。并令他调用swap成员函数。
如果调用swap，确保包含一个using声明式，以便让std::swap在你的函数内曝光可见，然后不加任何namespace修饰符，赤裸裸调用swap。
swap的一个最好的应用是帮助classes（class templates）提供强烈的异常安全性保障。（条款29对此提供了所有细节）此技术基于一个假设：成员版的swap绝不抛出异常。当你写一个自定版本的swap，提供的不只是高效置换对象值的办法，而且不抛出异常。一般，这两个swap特性是连在一起的，因为高效的swaps几乎总是基于对内置类型的操作（例如pimpl手法的底层指针），而内置类型上的操作绝不会抛出异常。

请记住：
（1）当std::swap对你的类型效率不高时,提供一个swap成员函数,并确定这个函数不抛出异常。
（2）如果你提供一个member swap,也该提供一个non-member swap用来调用前者.对于classes(而非template),也请特化std::swap。
（3）调用swap时应针对std::swap使用using声明式,然后调用swap并且不带任何"命名空间资格修饰“。
（4）为"用户定义类型"进行std templates全特化是好的,但千万不要尝试在std内加入某些std而言全新的东西。






























        

            
                
                  
                
                

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