effective C++ 条款 25:考虑写出一个不抛出异常的swap函数
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;
}
}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)。设计Widget class:
class WidgetImpl
{
public:
...
protected:
private:
int a, b, c;
std::vector<double> v;
...
};
class Widget
{
public:
Widget(const Widget& rhs);
Widget& operator=(const Widget& rhs)
{
...
*pImpl = *(rhs.pImpl);
}
protected:
private:
WidgetImpl* pImpl;
};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!
我们可以将std::swap全特化:
namespace std{
template<>
void swap<Widget>(Widget& a, Widget& b)
{
swap(a.pImpl, b.pImpl);//不能通过编译,访问private成员变量
}
}
虽然可以把这个特化版本声明为friend,但这和以往的规矩不太一样,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:
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);
}
protected:
private:
WidgetImpl* pImpl;
};
namespace std{
template<>
void swap<Widget>(Widget& a, Widget& b)
{
a.swap(b);
}
}假设Widget和WidgetImpl都是class templates而非classes:
template <typename T>
class WidgetImpl{…};
template <typename T>
class Widget{…};
在特化std::swap时:
namespace std{
template<typename T>
void swap<Widget<T>>(Widget<T>& a, Widget<T>& b) //wrong!不合法!
{
a.swap(b);
}
}我们企图偏特化一个function template,但是c++中只允许对class templates偏特化,在function template身上偏特化是行不通的。这段代码不该通过编译(虽然有些编译器错误地接受了它)。
当打算偏特化一个function template时,惯常的做法是简单的为它添加一个重载版本:
namespace std{
template<typename T>
void swap(Widget<T>& a, Widget<T>& b) //注意“swap后没有<>”
{
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。
未提供较高校的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。
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。
std::swap(obj1,obj2); //这是错误的swap调用方式
这便强迫编译器只认std内的swap(包括其任何template特化),因此不再调用一个定义于他处的较适当T专属版本。那正是“你的classes对std::swap进行全特化的”重要原因:使得类型专属的swap实现版本可以被这些迷途代码所用。
如果swap的缺省实现码对你的classes或class template提供可接受的效率,不需要额外做任何事。
如果swap缺省实现版效率不足(某种pimpl):
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,然后不加任何namespace修饰符,赤裸裸调用swap。
成员版swap绝不可抛出异常。
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。