在复制和交换习语中实现交换

Question

在 What is the copy and swap idiom and How to provide a swap function for my class 之后，我尝试像后者接受的答案选项 2 那样实现交换函数（具有调用成员函数的自由函数），而不是前者中的直接友好自由函数 link.

但是以下内容无法编译

#include <iostream>

// Uncommenting the following two lines won't change the state of affairs
// class Bar;
// void swap(Bar &, Bar &);
class Bar {
public:
  Bar(unsigned int bottles=0) : bottles(bottles) { enforce(); } // (1)
  Bar(Bar const & b) : bottles(b.bottles) { enforce(); } // (1)

  Bar & operator=(Bar const & b) {
    // bottles = b.bottles;
    // enforce();
    // Copy and swap idiom (maybe overkill in this example)
    Bar tmp(b); // but apart from resource management it allows (1)
                // to enforce a constraint on the internal state
    swap(*this, tmp); // Can't see the swap non-member function (2)
    return *this;
  }

  void swap(Bar & that) {
    using std::swap;
    swap(bottles, that.bottles);
  }

  friend std::ostream & operator<<(std::ostream & out, Bar const & b) {
    out << b.bottles << " bottles";
    return out;
  }

private:
  unsigned int bottles;
  void enforce() { bottles /=2; bottles *= 2; } // (1) -- Ensure the number of bottles is even
};

void swap(Bar & man, Bar & woman) { // (2)
  man.swap(woman);
}

int main () {
  Bar man (5);
  Bar woman;

  std::cout << "Before -> m: " << man << " / w: " << woman << std::endl;
  swap(man, woman);
  std::cout << "After  -> m: " << man << " / w: " << woman << std::endl;

  return 0;
}

我知道复制和交换习语在这里有点矫枉过正，但它也允许人们通过复制构造函数 (1) 对内部状态强制执行一些约束（一个更具体的例子是将分数保持为简化形式).不幸的是，这不会编译，因为编译器看到的 (2) 的唯一候选者是 Bar::swap 成员函数。我是否坚持使用朋友非成员函数方法？

编辑：转到看看我最终得到了什么，感谢对这个问题的所有回答和评论。

Answer 1

注意：这是 C++11 之前使用复制和交换的方式。对于 C++11 解决方案，请参阅

为了让它正常工作，您需要解决一些问题。首先你需要转发声明 swap free 函数以便 operator= 知道它。为此，您还需要转发声明 Bar 以便 swap 有一个名为 bar

的类型

class Bar;

void swap(Bar & man, Bar & woman);

// rest of code

然后我们需要告诉编译器在哪里寻找swap。我们这样做的方法是使用范围解析运算符。这将告诉编译器在 class 的 out 范围内查找 swap 函数

Bar & operator=(Bar const & b) {
  // bottles = b.bottles;
  // enforce();
  // Copy and swap idiom (maybe overkill in this example)
  Bar tmp(b); // but apart from resource management it allows (1)
            // to enforce a constraint on the internal state
  ::swap(*this, tmp); // Can't see the swap non-member function (2)
//^^ scope operator 
  return *this;
}

我们把所有这些放在一起，我们得到这个 Live Example

虽然副本 operator = 应该看起来像

Bar & operator=(Bar b) // makes copy
{
    ::swap(*this, b) // swap the copy
    return *this; // return the new value
}

Answer 2

您也需要在该功能中启用 std::swap。

using std::swap;
swap(*this, tmp); // Can't see the swap non-member function (2)

将 answer you referred 引用到：

If swap is now used as shown in 1), your function will be found.

使用方式：

{
  using std::swap; // enable 'std::swap' to be found
                   // if no other 'swap' is found through ADL
  // some code ...
  swap(lhs, rhs); // unqualified call, uses ADL and finds a fitting 'swap'
                  // or falls back on 'std::swap'
  // more code ...
}

Live on Coliru

Answer 3

你知道Bar有一个swap成员函数，直接调用就可以了

Bar& operator=(Bar const& b) {
    Bar tmp(b);
    tmp.swap(*this);
    return *this;
}

非成员 swap 仅存在，以便 Bar 的客户可以利用其优化的 swap 实施而不知道它是否存在，使用 using std::swap成语启用 argument-dependent lookup:

using std::swap;
swap(a, b);

Answer 4

我认为我们是 post c++11?

在这种情况下，std::swap 的默认实现将是最佳的，前提是我们正确地实现了移动赋值运算符和移动构造函数（理想情况下不抛出）

http://en.cppreference.com/w/cpp/algorithm/swap

#include <iostream>

class Bar {
public:
    Bar(unsigned int bottles=0) : bottles(bottles) { enforce(); } // (1)
    Bar(Bar const & b) : bottles(b.bottles) {
        // b has already been enforced. is enforce necessary here?
        enforce();
    } // (1)
    Bar(Bar&& b) noexcept
    : bottles(std::move(b.bottles))
    {
        // no need to enforce() because b will have already been enforced;
    }

    Bar& operator=(Bar&& b) noexcept
    {
        auto tmp = std::move(b);
        swap(tmp);
        return *this;
    }

    Bar & operator=(Bar const & b)
    {
        Bar tmp(b); // but apart from resource management it allows (1)
        swap(tmp);
        return *this;
    }

    void swap(Bar & that) noexcept {
        using std::swap;
        swap(bottles, that.bottles);
    }

    friend std::ostream & operator<<(std::ostream & out, Bar const & b) {
        out << b.bottles << " bottles";
        return out;
    }

private:
    unsigned int bottles;
    void enforce() {  } // (1)
};

/* not needed anymore
void swap(Bar & man, Bar & woman) { // (2)
    man.swap(woman);
}
*/
int main () {
    Bar man (5);
    Bar woman;

    std::cout << "Before -> m: " << man << " / w: " << woman << std::endl;
    using std::swap;
    swap(man, woman);
    std::cout << "After  -> m: " << man << " / w: " << woman << std::endl;

    return 0;
}

预期结果：

Before -> m: 5 bottles / w: 0 bottles
After  -> m: 0 bottles / w: 5 bottles

编辑：

为了关心性能的任何人（例如@JosephThompson）的利益，请允许我减轻您的顾虑。在将对 std::swap 的调用移动到一个虚函数中（以强制 clang 生成任何代码）然后使用带有 -O2 的 apple clang 进行编译后，这个：

void doit(Bar& l, Bar& r) override {
    std::swap(l, r);
}

变成了这个：

__ZN8swapper24doitER3BarS1_:            ## @_ZN8swapper24doitER3BarS1_
    .cfi_startproc
## BB#0:
    pushq   %rbp
Ltmp85:
    .cfi_def_cfa_offset 16
Ltmp86:
    .cfi_offset %rbp, -16
    movq    %rsp, %rbp
Ltmp87:
    .cfi_def_cfa_register %rbp
    movl    (%rsi), %eax
    movl    (%rdx), %ecx
    movl    %ecx, (%rsi)
    movl    %eax, (%rdx)
    popq    %rbp
    retq
    .cfi_endproc

看到了吗？最佳的。 C++ 标准库棒极了！

Answer 5

对于上面的上下文，只需要强制执行一些内部约束，最好使用默认值，并且只在直接初始化构造函数中强制执行一次约束。不过，如果您需要实现这些功能，请查看@RichardHodges 的回答！另请参阅@HowardHinnant 评论（尤其是有关编译器 ~~does magic~~ 隐式声明特殊成员的幻灯片部分...）。

这是我最终得到的（不再显式复制和交换）：

#include <iostream>

class Bar {
public:
  Bar(unsigned int bottles=0) : bottles(bottles) { enforce(); } // The only point of enforcement

  friend std::ostream & operator<<(std::ostream & out, Bar const & b) {
    out << b.bottles << " bottles";
    return out;
  }

private:
  unsigned int bottles;
  void enforce() { bottles /= 2; bottles *=2; }
};

int main () {
  Bar man (5);
  Bar woman;

  std::cout << "Before -> m: " << man << " / w: " << woman << std::endl;
  using std::swap; // Argument dependent lookup
  swap(man, woman);
  std::cout << "After  -> m: " << man << " / w: " << woman << std::endl;

  return 0;
}

现在，如果 Bar 继承自 Foo（不需要 enforce）会发生什么。这是最初的用例，它让我觉得我需要展开我自己的特殊功能，并从复制的复制部分中获利，并将习语交换到 enforce 约束。事实证明，即使在这种情况下我也不需要：

#include <iostream>

class Foo {
public:
  Foo(unsigned int bottles=11) : bottles(bottles) {} // This is odd on purpose

  virtual void display(std::ostream & out) const {
    out << bottles << " bottles";
  }

protected:
  unsigned int bottles;
};

std::ostream & operator<<(std::ostream & out, Foo const & f) {
  f.display(out);
  return out;
}

class Bar : public Foo {
public:
  Bar(unsigned int bottles=0) : Foo(bottles) { enforce(); }
  Bar(Foo const & f) : Foo(f) { enforce(); }

  void display(std::ostream & out) const override {
    out << bottles << " manageable bottles";
  }

private:
  void enforce() { bottles /= 2; bottles *=2; }
};

int main () {
  Bar man (5); // Again odd on purpose
  Bar woman;

  std::cout << "Before -> m: " << man << " / w: " << woman << std::endl;
  using std::swap; // Argument dependent lookup
  swap(man, woman);
  std::cout << "After  -> m: " << man << " / w: " << woman << std::endl;

  Foo fool(7); // Again odd
  Bar like(fool);
  std::cout << fool << " -> (copy) " << like << std::endl;
  Bar crazy;
  crazy = fool;
  std::cout << fool << " ->   (=)  " << crazy << std::endl;

  return 0;
}

在复制和交换习语中实现交换

Implementing the swap in the copy and swap idiom

c++

c++11

copy-constructor

assignment-operator

copy-and-swap