copy-and-swap语义

std::swap 是 C++ 标准库中的一个函数模板,位于 <algorithm> 头文件中(C++11 之前在 <utility> 中)。它的主要作用是交换两个对象的值。下面为你详细介绍它的用法、实现原理和示例。

copy-and-Swap 可以解决拷贝赋值函数中自赋值以及申请新内存可能导致异常的问题:

  1. 利用拷贝构造函数:
    1. 通过值传递参数(比如String s),调用拷贝构造函数创建一个临时对象。
    2. 如果拷贝构造函数抛出异常,不会影响当前对象的状态。
  1. 交换资源:
    1. 使用 swap 函数将临时对象的资源与当前对象的资源交换。
    2. swap 操作是 noexcept 的,不会抛出异常。
  1. 自动释放旧资源:
    1. 临时对象的析构函数会自动释放旧资源。

那什么是copy-and-swap?直接看代码:

arduino 复制代码
class String {
char *str;
public:
String &operator=(String s) // the pass-by-value parameter servrs as a temporary
{
    s.swap(*this); // Non-throwing swap
    return *this;
}
void swap(String &s) noexcept {
    std::swap(this->str, s.str);
}
};

当然也可以:

arduino 复制代码
class String {
char *str;
public:
String &operator=(const String &s) {
    if (this != &s)
    {
        String(s).swap(*this); // Copy-constructor and non-throeing swap
    }

    // Old resources are released with the destruction of the temporrary abore
    return *this;
}
void swap(String *s) noexcept
{
    std::swap(this->str, s.str);
}
};

更优雅的写法是:

arduino 复制代码
String &operator=(String s) {
    s.swap(*this);
    return *this;
}
void swap(String *s) noexcept
{
    std::swap(this->str, s.str);
}

这种方式不仅方便,而且也做了进一步优化:

  • 如果参数原来是个左值,会直接做拷贝,而其实这次拷贝无论在哪都无法避免
  • 如果参数原来是右值或者临时对象,就节省了一次拷贝和析构,这也叫copy elision,这种operator也就统一赋值运算符

In C++11, such an assignment operator is known as a unifying assignment operator because it eliminates the need to write two different assignment operators: copy-assignment and move-assignment. As long as a class has a move-constructor, a C++11 compiler will always use it to optimize creation of a copy from another temporary (rvalue). Copy-elision is a comparable optimization in non-C++11 compilers to achieve the same effect.

优点

  • 异常安全:如果拷贝构造函数抛出异常,当前对象的状态不会被破坏。
  • 代码简洁:不需要手动检查自赋值,也不需要显式释放资源。
  • 支持移动语义(C++11 及以上):如果传递的是右值(临时对象),编译器会自动优化,调用移动构造函数而不是拷贝构造函数。
  • 统一赋值运算符:一个赋值运算符同时支持拷贝赋值和移动赋值,减少了代码重复。

总结

  1. copy-and-Swap 的核心:通过值传递参数调用拷贝构造函数,利用 swap 函数交换资源,确保异常安全。
  2. 适用场景:适用于需要动态管理资源的类(如字符串、容器等)。
  3. 优点:异常安全、代码简洁、支持移动语义。
  4. 注意事项 :确保 swap 函数是 noexcept 的,也要确保拷贝构造函数和析构函数正确实现。
相关推荐
近津薪荼1 小时前
c++详解(宏与内联函数,nullptr)
开发语言·c++
淮北4942 小时前
STL学习(十一、常用的算数算法和集合算法)
c++·vscode·学习·算法
AA陈超4 小时前
虚幻引擎5 GAS开发俯视角RPG游戏 #06-11:游戏后效果执行
c++·游戏·ue5·游戏引擎·虚幻
小学生的信奥之路8 小时前
力扣1116题:用C++实现多线程交替输出零、偶数、奇数
c++·leetcode·多线程
老狼主8 小时前
MFC CChartCtrl编程
c++·mfc
新青年.9 小时前
cpp实现音频重采样8k->16k及16k->8k
c++
金山几座10 小时前
C++面试5题--6day
c++·面试
筏.k10 小时前
知识随记-----使用现代C++客户端库redis-plus-plus实现redis池缓解高并发
c++·经验分享·redis·microsoft
小指纹11 小时前
图论-最短路 Bellman-Ford算法
c++·算法·objective-c·图论
屁股割了还要学11 小时前
【数据结构入门】时间、空间复杂度的计算
c语言·开发语言·数据结构·c++·算法