《Effective C++》item25：考虑写出一个不抛异常的swap函数

std::swap（）是个很有用的函数，它可以用来交换两个变量的值，包括用户自定义的类型，只要类型支持copying操作，尤其是在STL中使用的很多，例如：

int main(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    int a[] = {,,,,,,,,,};
    vector<int> vec1(a, a + );
    vector<int> vec2(a + , a + );  

    swap(vec1, vec2);  

    for (int i = ; i < vec1.size(); i++)
    {
        cout<<vec1[i]<<" ";
    }
    return ;
}  

上面这个例子实现的是两个vector的内容的交换，有了swap函数，省去了很多的麻烦！What a fucking convenient!

一、swap的原理

缺省的swap的原理其实很简单，就是将两对象的值彼此赋予对方，其实现过程大致如下：

swap的实现是通过被交换类型的copy构造函数和赋值操作符重载实现的，会涉及到三个对象的复制。所以说，要对自定义的类型调用swap实现交换，必须首先保证自定义类型的copy构造函数和赋值操作符重载函数。

二、swap的缺陷

缺省的swap最主要的问题就是：当对象内部包含指针成员时，它不仅要复制3三次被交换的对象，还要复制3次对象成员，而且复制的是指针对象所指向的内容！例如：

一旦要置换两个Line对象值，swap需要复制三个Line，还要复制六个Point对象，详细可以看赋值运算符重载函数，这样是非常低效的，尤其是当Line的数据成员非常庞大的时候，实际上我们只需要交换各自成员的指针就可以了！

三、swap的改进方案

我们希望告诉std::swap：当Line被置换时，真正该做的是置换骑内部的px和py指针。实现这个过程有几个方案，我们先看最简单的方案：

方案一：将std::swap针对Line特化

C++规定：通常不允许改变std命名空间内的任何东西，但是可以为标准template（如swap）制造特化版本，使他专属于我们自己的class（例如Line）。

根据这个性质，我们可以对std:swap针对Line进行特化。我们可以这样特化swap：

在这个代码中，“template<>”表示它是std::swap的一个全特化版本，函数名之后的“<Line>"表示这一特化版本针对”T是Line”而设计。

完整的方案如下：

// SwapTest.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。  

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <vector>  

using namespace std;  

class Point{
private:
    int x,y;
public:
    Point():x(0),y(0){};
    Point(int a, int b):x(a),y(b){};
    void Print(){
        cout<< x << " "<< y <<endl;
    }
    int GetX(){
        return x;
    }
    int GetY(){
        return y;
    }
};  

class Line{
private:
    Point *px, *py;
public:
    Line():px(),py(){};
    Line(int a,int b,int c,int d):px(new Point(a,b)), py(new Point(c, d)){};
    void swap(Line& l){  //Line成员函数，用以实现指针成员交换
        cout<<"swap of Line is called......"<<endl;
        using std::swap;
        swap(px, l.px);  // 交换指针
        swap(py, l.py);
    }  

    void Print(){
        cout<<"( "<<px->GetX()<<" "<<px->GetY()<<" "<<py->GetX()<<" "<<py->GetY()<<" )"<<endl;
    }
};  

namespace std{
    template<>
    void swap<Line>(Line& l1, Line& l2){      // std::swap()的特化版本，std::swap()只可以特化，不可以重载
        cout<<"swap of std is called......"<<endl;
        l1.swap(l2);
    }
}  

int main(int argc, _TCHAR* argv[])
{
    Line l1(1,1,2,2), l2(3,3,4,4);
    swap(l1, l2);
    l1.Print();
    return 0;
}  

在这个例子中，一共出现了5次swap这个函数：

第一次是main中调用的swap，这个调用的是我们自定义的std::swap()的特化版本

第二次是我们自己定义的std::swap()对Line类型的特化，在函数名前面有“template<>”

第三次是对Line特化的swap中调用的swap，也就是l1.swap(l2)，这个很明显是调用Line类型的swap()成员函数

第四次是Line类型中的成员函数，void swap(Line& l)，这个public函数的目的是供给非Line成员函数调用的，也就是特化版本的swap，因为只有类的成员函数才可以调用类的private成员变量

第五次是Line成员函数swap调用的swap，这个swap调用前面有个using std::swap的声明，表示后面调用的是std中的原始swap，当然不是特化版本的swap
        其中可以被调用的swap有3个，std中原始的swap、std::swap的特化版本、Line中的成员函数swap，这3个函数中，真正给用户调用的只有第一个swap，也就是std::swap的Line特化版。通过这一系列函数就可以实现Line对象中指针成员的指针的交换，而不是Line对象整个的交换。

这种方式和STL容器有一致性，因为所有的STL容器也都提供有public swap成员函数和std::swap特化版本（用以调用前者）

方案二、重载特化的std::swap

上面这种方式是针对Line和Point都是非template class，现在假设Line和Point都是template class，那么这种方式还可不可以了？

假设Line类和Point类都是template class，如下定义：

#include <iostream>
#include <string.h>  

template<typename T>
class Point{
private:
     T x,y;
public:
     Point():x(),y(){};
     Point(T a, T b):x(a),y(b){};
     void Print(){
          std::cout<< x << " "<< y <<endl;
     }
     T GetX(){
          return x;
     }
     T GetY(){
          return y;
     }
};  

template<typename T1, typename T2>
class Line{
private:
     T1 px,py;
public:
     Line():px(),py(){};
     Line(T2 a,T2 b,T2 c,T2 d):px(T1(a, b)), py(T1(c, d)){};
     void Print(){
          std::cout<<"( "<<px.GetX()<<" "<<px.GetY()<<" "<<py.GetX()<<" "<<py.GetY()<<" )"<<std::endl;
     }
     void swap(Line<T1, T2>& l){
          std::cout<<"swap of Line is called......"<<std::endl;
          using std::swap;
          swap(px, l.px);
          swap(py, l.py);
     }
};  

namespace std {
    template<typename t1="" typename="" t2="">
    void swap(Line<t1 t2="">& l1, Line<t1 t2="">& l2){
        cout<<"swap of std is called......"<<std::endl;
        l1.swap(l2);
    }
}  

int main()
{
    Line<Point<double>, double> l1(, , , ), l2(, , , );
    std::swap(l1, l2);
    l1.Print();  

    return ;  

}  

其中std里面的swap函数就是对std::swap的一个重载版本，然而，这个方式并不是特别的推荐，按照《effective c++》中的说法，这是一种非法的方式，是被C++标准禁止的，虽然能够编译和运行通过。

方案三、非特化非重载的non-member swap

我们可以声明一个非Line类成员函数swap，让其调用Line的成员函数swap，这个非成员swap也非特化的std::swap，如下所示：

1. #include "stdafx.h"
   #include <iostream>
   #include <string.h>  
   
   template<typename T>
   class Point{
   private:
       T x,y;
   public:
       Point():x(),y(){};
       Point(T a, T b):x(a),y(b){};
       void Print(){
           std::cout<< x << " "<< y <<endl;
       }
       T GetX(){
           return x;
       }
       T GetY(){
           return y;
       }
   };  
   
   template<typename T1, typename T2>
   class Line{
   private:
       T1 px,py;
   public:
       Line():px(),py(){};
       Line(T2 a,T2 b,T2 c,T2 d):px(T1(a, b)), py(T1(c, d)){};
       void Print(){
           std::cout<<"( "<<px.GetX()<<" "<<px.GetY()<<" "<<py.GetX()<<" "<<py.GetY()<<" )"<<std::endl;
       }
       void swap(Line<T1, T2>& l){
           std::cout<<"swap of Line is called......"<<std::endl;
           using std::swap;
           swap(px, l.px);
           swap(py, l.py);
       }
   };  
   
   template<typename T1, typename T2>
   void swap(Line<T1, T2>& a, Line<T1, T2>& b){
       std::cout<<"swap of non-member is called......"<<std::endl;
       a.swap(b);
   }  
   
   int main()
   {
       Line<Point<double>, double> l1(, , , ), l2(, , , );
       std::swap(l1, l2);
       l1.Print();  
   
       return ;  
   
   }  

其实就是将方案二的std::swap重载改成了自定义的非成员函数，原理依然一样！

remember：

1.当std::swap对你的类型效率不高时，提供一个swap成员函数，并确定这个函数不抛出异常。
        2.如果你提供一个member swap，也该提供一个non-member swap用来调用前者。对于class（而非template），也请特化std::swap。
        3.调用swap时应针对std::swap使用using声明式，然后调用swap并且不带任何“命名空间资格修饰符”。
        4.为“用户定义类型”进行std template全特化是好的，但千万不要尝试在std内加入某些对std而言全新的东西。