C++惯用法之copy and swap

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目录

1.概述

2.示例

3.总结

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1.概述

        在C++中，copy and swap是一种用于实现拷贝赋值操作符的编程技巧。这个技巧的目标是通过利用拷贝构造函数和交换操作，实现一个安全、高效且自我赋值安全的赋值操作符。

        这种方法的基本思想是，首先通过深拷贝源对象（operator = 右边的对象）创建一个临时对象，然后与当前对象进行交换。这样当前对象获得了源对象的资源，临时对象在销毁时会释放当前对象老的资源。

      copy and swap惯用法常用在类的五大件中的：  

构造函数拷贝构造函数拷贝赋值运算符重载函数移动构造函数移动赋值运算符重载函数

应用copy and swap技巧有两个好处:

大量代码复用。拷贝赋值运算、移动赋值运算符、swap函数都共用，并且方便继承拓展。强烈异常安全。这个非常关键！

下面是"copy and swap"的一般模式：

1.拷贝构造函数（Copy Constructor）： 定义一个拷贝构造函数，用于创建对象的深拷贝。
2. 实现交换操作（Swap Operation）： 定义一个交换操作，用于交换两个对象的内容。
3. 赋值操作符（Assignment Operator）： 利用拷贝构造函数和交换操作，实现赋值操作符。

2.示例

下面是一个示例，假设我们有一个简单的类 MyString：

#include <cstring> class MyString {private:char* data;public:// ConstructorMyString(const char* s = "") {data = new char[strlen(s) + 1];strcpy(data, s);}// Destructor~MyString() {delete[] data;} // Copy ConstructorMyString(const MyString& other) {data = new char[strlen(other.data) + 1];strcpy(data, other.data);} // Swap Operationfriend void swap(MyString& first, MyString& second) noexcept {using std::swap;swap(first.data, second.data);} // Assignment Operator using Copy and SwapMyString& operator=(const MyString& other) {        MyString temp(other); //RAIIswap(*this, temp);  // Swap with a copy of the other objectreturn *this;}};

在这个例子中，operator= 接受一个传值参数（即拷贝构造函数的参数），然后调用了 swap 函数，交换了当前对象和传入对象的内容。这样，传入对象的资源会转移到当前对象，当前对象原有的资源也能正确释放。使用 copy and swap 的方式相对于直接写拷贝赋值的方式有几个优势：

异常安全性： 使用copy and swap 可以更好地处理异常。如果发生异常，只可能在拷贝构造函数发生异常，（swap交换操作非常简单，姑且认为其为异常安全的），异常发生时，对象状态不会被破坏。因为首先创建了一个副本，只有在副本成功创建之后才会对当前对象进行交换，这种写法是异常安全的。
自我赋值安全性： copy and swap 自动提供了自我赋值的安全性。因为拷贝构造函数总是创建一个新的对象，而不管传递给它的是不是自身，然后再通过交换操作来更新当前对象。
简化代码逻辑： copy and swap 模式使赋值操作符的实现相对简单，因为它减少了手动管理资源的复杂性，拷贝构造函数和交换操作负责正确的资源分配和释放，而赋值操作符只需要调用它们。
总的来说，Copy and Swap 提供了更安全和简化的方式来实现赋值操作符，同时避免了一些潜在的错误和繁琐的手动资源管理。这种模式在实践中被广泛使用，特别是对于管理动态分配内存的类。

不使用Copy and Swap

在直接写拷贝赋值的方式中，存在异常问题的主要原因是分配动态内存。考虑一个类，其中有成员变量是指针，而拷贝赋值操作需要分配内存，如果分配失败，将抛出异常，如果在这个过程中抛出异常，可能会导致对象的数据处于损坏的状态。

以下是一个简化的示例，展示了直接写拷贝赋值可能遇到的异常问题：

#include <cstring>  class MyString {private:char* data; public:// ConstructorMyString(const char* s = "") {data = new char[strlen(s) + 1];strcpy(data, s);} // Destructor~MyString() {delete[] data;} // Direct Copy Assignment OperatorMyString& operator=(const MyString& other) {if (this != &other) {// Release current resourcedelete[] data;// Allocate new resourcedata = new char[strlen(other.data) + 1];// Copy datastrcpy(data, other.data);}return *this;}};

在上述代码中，如果在 new 操作中抛出了异常，对象的 data 数据已经被释放，对象遭到破坏，data 指针变成野指针，可能会导致意想不到的问题。而使用copy and swap 的方式通过利用拷贝构造函数的异常安全性来规避这个问题。如果拷贝构造函数中发生了异常，对象就不会被修改，因为当前对象的状态只在交换操作中发生变化，这使得整个赋值操作在异常发生时，对象状态仍然保持一致。

3.总结

        使用"Copy andSwap"惯用法的一个优点是它简化了异常安全的代码实现，同时保持了代码的清晰和可读性。然而，它也有一些缺点比如可能会增加一些不必要的复制操作，特别是在大型对象或资源密集型对象的上下文中。在这种情况下，可能需要考虑其他优化策略如移动语(move  semantics）或完美转发(perfect  forwarding）。

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