正式介紹 Copy-Swap 之前，先看下《劍指 Offer》里的第??題：

如下為類型 CMyString 的聲明，請為該類型添加賦值運算符函數(shù)。

class CMyString {
public:
  CMyString(char* pData = nullptr);
  CMyString(const CMyString& str);
  ~CMyString();
private:
  char* m_pData;
};

這道題目雖然基礎(chǔ)，但考察點頗多，有區(qū)分度：

• 返回值類型應(yīng)為引用類型，否則將無法支持形如 s3 = s2 = s1 的連續(xù)賦值
• 形參類型應(yīng)為 const 引用類型
• 無資源泄露，正確釋放賦值運算符左側(cè)的對象的資源
• 自賦值安全，能夠正確處理 s1 = s1 的語句
• 考慮異常安全

解法 1

CMyString& operator=(const CMyString& str)
{
    if(this == &str)
        return *this;
    delete[] m_pData;
    m_pData = nullptr;
    m_pData = new char[strlen(str.m_pData) + 1];
    strcpy(m_pData, str.m_pData);
    return *this;
}

上面代碼有些細(xì)節(jié)需要注意：

• 刪除數(shù)組使用 delete[] 運算符
• strlen 計算長度不含字符串末尾的結(jié)束符 \0
• strcpy 會拷貝結(jié)束符 \0

解法 1 滿足考察點中除異常安全外的所有要求：new 的時候可能由于內(nèi)存不足拋異常，但此時賦值運算符左側(cè)的的對象已被釋放，m_pData 為空指針，導(dǎo)致左側(cè)對象處于無效狀態(tài)。

解決方案：只要先 new 分配空間，再 delete 釋放原來的空間即可。這樣可以保證即使 new 失敗拋異常，賦值運算符左側(cè)對象也尚未修改，仍處于有效狀態(tài)。

解法 2

《劍指 Offer》中給出了更好的解法：先創(chuàng)建賦值運算符右側(cè)對象的一個臨時副本，然后交換賦值運算符左側(cè)對象和該臨時副本的 m_pData，當(dāng)臨時對象 strTemp 離開作用域時，自動調(diào)用其析構(gòu)函數(shù)，釋放 m_pData 指向的資源（即賦值運算符左側(cè)對象原來的內(nèi)存）：

CMyString& operator=(const CMyStirng& str)
{
    if(this != &str)
    {
        CMyString strTemp(str);
        char* pTemp = m_pData;
        m_pData = strTemp.m_pData;
        strTemp.m_pData = pTemp;
    }
    return *this;
}

解法 2 巧妙地利用了類原本的拷貝構(gòu)造、析構(gòu)函數(shù)自動進(jìn)行資源管理，同時又不涉及底層的 new[]/delete[] 操作，可讀性更強，也不容易出錯。

解法 2 是 Copy-Swap 的雛形。C++ 中管理資源類通常會定義自己的 swap 函數(shù)，與其他拷貝控制成員（拷貝/移動構(gòu)造、拷貝/移動賦值運算符、析構(gòu)）不同，swap 不是必須，但卻是重要的優(yōu)化手段，以下是使用 Copy-Swap 慣用法的解法：

解法 3

class CMyString {
    friend void Swap(CMyString& lhs, CMyString& rhs) noexcept
    {
        // 對 CMyString 的成員逐一交換
        std::swap(lhs.m_pData, rhs.m_pData);
    }
    // ...
};
CMyString(CMyString&& str) : CMyString()
{
    Swap(*this, str);
}
CMyString& operator=(CMyStirng str)
{
    Swap(*this, str);
    return *this;
}

這里有幾點需要注意：

• 拷貝賦值運算符的形參類型不再是 const 引用，因為 Copy-Swap 需要先對賦值運算符右側(cè)對象進(jìn)行拷貝，這里直接使用值傳遞。這樣一來，也使得 Copy-Swap 天然地異常安全、自賦值安全。
  • 異常安全：進(jìn)入函數(shù) operator=() 之前，先進(jìn)行拷貝
  • 自賦值安全：形參是一個新創(chuàng)建的臨時對象，永遠(yuǎn)不可能是對象自身
• 不需要額外實現(xiàn)移動賦值運算符：如果賦值運算符右側(cè)是一個右值，則自動調(diào)用 CMyString 的移動構(gòu)造來構(gòu)造形參

這還沒完...

標(biāo)準(zhǔn)庫 std::swap 及 ADL

C++ 標(biāo)準(zhǔn)庫也提供了 swap 函數(shù)，理論上需要一次拷貝，兩次賦值：

void swap(CMyString& lhs, CMyString& rhs)
{
    CMyString tmp(lhs);
    lhs = rhs;
    rhs = tmp;
}

其中 CMyString tmp(lhs) 會調(diào)用 CMyString 的拷貝構(gòu)造進(jìn)行深拷貝，效率上不如 CMyString 類自己實現(xiàn)的直接交換指針的效率高。

在進(jìn)行 swap(v1, v2) 的調(diào)用時，如果類實現(xiàn)了自己的 swap 版本，其匹配程度優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)庫的版本。如果類沒有定義自己的 swap，則使用標(biāo)準(zhǔn)庫的 swap。這種查找匹配方式被稱為 ADL（Argument-Dependent Lookup）。

注意不能使用 std::swap 形式，因為這樣會強制使用標(biāo)準(zhǔn)庫的 swap。正確的做法是提前使用 using std::swap 聲明，而后續(xù)所有的 swap 都應(yīng)該是不加限制的（這一點剛好和 std::move 相反）：

void swap(Bar& lhs, Bar& rhs)
{
    using std::swap;
    swap(lhs.m1, rhs.m1);
    swap(lhs.m2, rhs.m2);
    swap(lhs.m3, rhs.m3);
}

最終的結(jié)果

class CMyString {
    friend void swap(CMyString& lhs, CMyString& rhs) noexcept
    {
        // 對 CMyString 的成員逐一交換
        using std::swap;
        swap(lhs.m_pData, rhs.m_pData);
    }
    // ...
};
CMyString(CMyString&& str) : CMyString()
{
    swap(*this, str);
}
CMyString& operator=(CMyStirng str)
{
    swap(*this, str);
    return *this;
}

到此這篇關(guān)于C++中Copy-Swap實現(xiàn)拷貝交換的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ Copy-Swap拷貝交換內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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