条款25:考虑写出一个不抛异常的swap函数
Consider support for a non-throwing swap
swap是一个有趣的函数。最早作为STL的一部分被引入,后来它成为异常安全编程(exception-safeprogramming)的支柱,和用来处理自我赋值可能性的常见机制。因为 swap太有用了,所以正确地实现它非常重要,但是伴随它不同寻常的重要性而来的,是一系列不同寻常的复杂性。
swap两个对象的值就是互相把自己的值赋予对方。缺省情况下,swap动作可由标准程序库提供的swap算法完成,其典型的实现完全符合你的预期:
namespace std {
template
void swap(T& a, T& b)
{
T temp(a);
a = b;
b = temp;
}
}
只要你的类型支持拷贝(通过拷贝构造函数和拷贝赋值运算符),缺省的swap实现就能交换类型为T的对象,而不需要你做任何特别的支持工作。它涉及三个对象的拷贝:从a到temp,从 b到a,以及从temp到b。对一些类型来说,这些赋值动作全是不必要的。
这样的类型中最重要的就是那些由一个指针组成,这个指针指向包含真正数据的类型。这种设计方法的一种常见的表现形式是"pimpl手法"("pointerto implementation")。如果以这种手法设计Widget 类,可能就像这样:
class WidgetImpl { // 针对Widget数据设计的类
public:
...
private:
int a, b, c; // 可能有很多数据,意味着复制时间很长
std::vector
...
};
class Widget { // 这个类使用pimpl手法
public:
Widget(const Widget& rhs);
Widget& operator=(const Widget& rhs)
{ // 复制Widget时,令其复制WidgetImpl对象
...
*pImpl = *(rhs.pImpl);
...
}
...
private:
WidgetImpl *pImpl; // 指针,所指对象内含Widget数据
};
为了交换这两个Widget对象的值,我们实际要做的就是交换它们的pImpl指针,但是缺省的交换算法不仅要拷贝三个Widgets,而且还有三个WidgetImpl对象,效率太低了。当交换 Widgets的是时候,我们应该告诉std::swap我们打算执行交换的方法就是交换它们内部的 pImpl指针。这种方法的正规说法是:针对Widget特化std::swap。
class Widget {
public:
...
void swap(Widget&other)
{
using std::swap; // 此声明是必要的
swap(pImpl, other.pImpl); // 若要置换Widget就置换其pImpl指针
}
...
};
namespace std {
template<> // 这是std::swap针对“T是Widget”的特化版本
void swap
{
a.swap(b); // 若要置换Widget, 调用其swap成员函数
}
}
这个函数开头的"template<>"表明它是std::swap的一个全特化版本,函数名后面的"
我们在Widget内声明一个名为swap的public成员函数去做真正的置换工作,然后特化 std::swap去调用那个成员函数。这样不仅能够编译,而且和STL容器保持一致,所有STL容器都既提供了public swap成员函数,又提供了std::swap的特化来调用这些成员函数。
可是,假设Widget和WidgetImpl是类模板而不是类,或许我们可以试图将WidgetImpl中的数据类型加以参数化:
template
class WidgetImpl { ... };
template
class Widget { ... };
以下是方案1:
namespace std {
template
void swap
{ a.swap(b); }
} //错误,不合法!
尽管C++允许类模板的偏特化(partialspecialization),但不允许函数模板这样做。
以下是方案2:
namespace std {
template
void swap(Widget
{ a.swap(b); }
} //这也不合法
通常,重载函数模板没有问题,但是std是一个特殊的命名空间,其规则也比较特殊。它认可完全特化std中的模板,但它不认可在std中增加新的模板(或类,函数,以及其它任何东西)。
正确的方法,既使其他人能调用swap,又能让我们得到更高效的模板特化版本。我们还是声明一个非成员swap来调用成员swap,只是不再将那个非成员函数声明为std::swap的特化或重载。例如,如果Widget相关机能都在namespace WidgetStuff中:
namespace WidgetStuff {
... // 模板化的WidgetImpl等等
template
class Widget { ... };
...
template
voidswap(Widget
{a.swap(b);}
}
现在,如果某处有代码打算置换两个Widget对象,调用了swap,C++的名字查找规则将找到WidgetStuff中的Widget专用版本。
现在从客户的观点来看一看,假设你写了一个函数模板来交换两个对象的值,哪一个swap应该被调用呢?std中的通用版本,还是std中通用版本的特化,还是T专用版本(肯定不在std中)?如果T专用版本存在,则调用它;否则就回过头来调用std中的通用版本。如下这样就可以符合你的希望:
template
void doSomething(T& obj1, T& obj2)
{
using std::swap; // 令std::swap在此函数内可用
...
swap(obj1, obj2); // 为T类型对象调用最佳swap版本
...
}
当编译器看到这个swap调用,他会寻找正确的swap版本来调用。如果T是namespaceWidgetStuff中的Widget,编译器会利用参数依赖查找(argument-dependent lookup)找到WidgetStuff中的swap;如果T专用swap不存在,编译器将使用std中的swap,这归功于此函数中的using声明式使std::swap在此可见。尽管如此,相对于通用模板,编译器还是更喜欢T专用的std::swap特化,所以如果std::swap对T进行了特化,则特化的版本会被使用。
需要小心的是,不要对调用加以限定,因为这