1 问题背景

    当交换两个包含了指针成员的类,我们最想看到的是直接交换其指针。但是当我们调用std::swap标准库这个模板函数时,通常它都会复制3个指针指向的对象作为交换所用,缺乏效率。如下:

 namespace std{
template<typename T>
void swap(T& a, T& b) //std::swap的典型实现
{
T temp(a); //一次拷贝,两次赋值
a = b;
b = temp;
}
}
    上面的代码,5行的调用了类的拷贝构造函数将a拷贝给temp,6、7行调用了拷贝赋值函数交换a、b对象。
    那么我们能不能自定义一个较高效率的属于我们自己类的swap函数呢?

2 自定义高效的swap函数

    我们可以为自己写的新类T提供一个高效的swap方法。一般来说,提供swap方法有两种。

2.1 swap成员函数

2.1.1 方法

(1)在我们写的类T中添加一个swap成员函数,这样方便我们交换类中的私有成员,并且设置swap函数不会抛出异常,为什么?见《C++ Primer 第五版中文版》474页。

void T::swap(T& t) noexcept;
(2)在类T的同一命名空间里添加一个非成员函数swap,用于调用类中的成员函数swap

 void swap(T& a, T& b) noexcept
{
a.swap(b);
}

2.1.2 典型实现

 #include <iostream>
#include <string>
class ClassTest{
public:
friend std::ostream& operator<<(std::ostream &os, const ClassTest& s);
friend void swap(ClassTest &a, ClassTest &b) noexcept;
ClassTest(std::string s = "abc") :str(new std::string(s)){} //默认构造函数
ClassTest(const ClassTest &ct) :str(new std::string(*ct.str)){} //拷贝构造函数
ClassTest &operator=(const ClassTest &ct) //拷贝赋值函数
{
str = new std::string(*ct.str);
return *this;
}
~ClassTest() //析构函数
{
delete str;
}
void swap(ClassTest &t) noexcept
{
using std::swap;
swap(str,t.str); //交换指针,而不是string数据
}
private:
std::string *str; //一个指针资源
};
std::ostream& operator<<(std::ostream &os,const ClassTest& s)
{
os << *s.str;
return os;
}
void swap(ClassTest &a, ClassTest &b) noexcept
{
a.swap(b);
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
ClassTest ct1("ct1");
ClassTest ct2("ct2");
std::cout << ct1 << std::endl;
std::cout << ct2 << std::endl;
swap(ct1, ct2);
std::cout << ct1 << std::endl;
std::cout << ct2 << std::endl;
return ;
}
注意:
  1. (2)中的swap函数需要和类T位于同一的命名空间里,否则外部调用swap函数可能会解析不到
  2. swap函数最好使它不要抛出异常,就像移动构造函数和移动赋值函数一样。
  3. (2)中的函数可以声明为类T的友元函数,并且设置为内联函数
  4. 做真实交换的swap函数,需要使用using std::swap;

2.1.2 关于using std::swap

 void swap(ClassTest &t) noexcept
{
using std::swap;
swap(str, t.str); //交换指针,而不是string数据
}
    在这里为什么要使用using std::swap呢?也就是using std::swap的作用是什么?
    在C++里存在多种名字查找规则:
  1. 普通的名字查找:先在当前的作用域里查找,查找不到再到外层作用域中查找,即局部相同名字的变量或函数会隐藏外层的变量或作用域
  2. 实参相关的名字查找(ADL)(链接2)
  3. 涉及函数模板匹配规则:一个调用的候选函数(关于候选函数请参考C++ Primer第五版中关于函数的一章)包括所有模板实参推断成功的函数模板实例;候选的函数模板总是可行的,因为模板实参推断会排除任何不可行的模板;如果恰好有一个函数(或模板)比其他函数更加匹配,则选择该函数;同样好的函数里对于有多个函数模板和只有一个非模板函数,会优先选择非模板函数;同样好的函数里对于没有非模板函数,那么选择更特例化的函数模板
  4. 因为C++会优先在当前的作用域里查找,所以使用using std::swap将标准库的swap模板函数名字引入该局部作用域,重载当前作用域的同名函数,隐藏外层作用域的相关声明。为什么using std::swap不会隐藏外层的void swap(ClassTest &a, ClassTest &b) noexcept函数呢?参见:这里。其中说到,当经过普通的名字查找后(没有包括ADL),如果候选函数中有类成员、块作用域中的函数声明(不包括using声明引入的)、其他同名的函数对象或变量名,则不启动ADL查找了。如果没有,则进行ADL查找。因此在经过普通的查找后,发现并没有匹配的函数,最后再经过ADL找到了标准库中的swap和外层作用域的void swap(ClassTest &a, ClassTest &b) noexcept,由于后者较匹配,编译器优先选择后者。
  5. 如果str类型有自定义的swap函数,那么第4行代码的swap调用将会调用str类型自定义的swap函数
  6. 但是如果str类型并没有特定的swap函数,那么第4行代码的swap调用将会被解析到标准库的std::swap

2.2 swap友元函数

2.2.1 方法

(1)在T的同一命名空间中定义一非成员的swap函数,并且将函数声明为类T的友元函数,方便访问T的私有成员

 void swap(ClassTest &a, ClassTest &b) noexcept
{
using std::swap;
//swap交换操作
}

2.2.2 典型实现

 #include <iostream>
#include <string>
class ClassTest{
public:
friend std::ostream& operator<<(std::ostream &os, const ClassTest& s);
friend void swap(ClassTest &a, ClassTest &b) noexcept;
ClassTest(std::string s = "abc") :str(new std::string(s)){} //默认构造函数
ClassTest(const ClassTest &ct) :str(new std::string(*ct.str)){} //拷贝构造函数
ClassTest &operator=(const ClassTest &ct) //拷贝赋值函数
{
str = new std::string(*ct.str);
return *this;
}
~ClassTest() //析构函数
{
delete str;
}
private:
std::string *str; //一个指针资源
};
std::ostream& operator<<(std::ostream &os, const ClassTest& s)
{
os << *s.str;
return os;
}
void swap(ClassTest &a, ClassTest &b) noexcept
{
using std::swap;
swap(a.str,b.str); //交换指针,而不是string数据
}
int main(int argc, char const *argv[])
{
ClassTest ct1("ct1");
ClassTest ct2("ct2");
std::cout << ct1 << std::endl;
std::cout << ct2 << std::endl;
swap(ct1, ct2);
std::cout << ct1 << std::endl;
std::cout << ct2 << std::endl;
return ;
}
注意:
  1. (2)中的swap函数需要和类T位于同一的命名空间里,否则外部调用swap函数可能会解析不到
  2. swap函数最好使它不要抛出异常,就像移动构造函数和移动赋值函数一样

本文链接:【原创】C++之swap(1)http://www.cnblogs.com/cposture/p/4939971.html

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