C++ 的 copy and swap 惯用法

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1. 先说结论

对于管理资源的 class ，使用 copy and swap 惯用法主要有 3 个好处：

1. 避免在拷贝赋值运算符中，因内存不足抛出异常，破坏当前的对象。即具有异常安全性。
2. 精简代码，将 2 个赋值运算符函数合二为一。
3. 在赋值运算符函数中，省去了检查自赋值的操作。

我在 copy and swap 惯用法基础上做了一点改进，得到 copy and move ，既保留了上面的 3 个好处，还能够提升一点代码的运行效率。

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2. copy and move 代码示例

示例代码如下，主要包括 5 个步骤，使用时直接套用这 5 个步骤即可：

1. 创建默认构造函数。
2. 在拷贝构造函数中实现 value semantics 值语义，即对 class 所有的资源数据，都创建一份独立的拷贝。
3. 创建 move_resource 用于赋值运算符函数。 当成员变量的移动较复杂时，也可以用于移动构造函数。
4. 在移动构造函数中转移资源。
5. 创建统一的赋值运算符函数，将拷贝赋值运算符和移动复制运算符合二为一。

#include <memory>class CopyAndMove {public:CopyAndMove() = default;  // 1. 必须有默认构造函数。// 2. 在拷贝构造函数中实现值语义 value semantics，即对 class 所有的资源数据，都创建一份独立的拷贝。CopyAndMove(const CopyAndMove& other)  {if (other.data_ptr_) {  // 检查 nullptr*data_ptr_ = *other.data_ptr_;  // 使用解引用，拷贝数据。} };// 3. 创建 move_resource 用于赋值运算符函数。 当成员变量的移动较复杂时，也可以用于移动构造函数。void move_resource(CopyAndMove&& other) {// 直接把 other 中的数据，转移到当前对象 this 。this->data_ptr_ = std::move(other.data_ptr_);}// 4. 在移动构造函数中转移资源。CopyAndMove(CopyAndMove&& other) noexcept :  // 应明确标记 noexcept 。 data_ptr_{std::move(other.data_ptr_)} {// 如果涉及到较多较复杂的移动操作，也可能要调用 move_resource。// move_resource(std::move(other));  };// 5. 创建统一的赋值运算符函数，将拷贝赋值运算符和移动复制运算符合二为一。// 因为是以值传递的方式创建了 other ，所以在调用赋值运算符时，如果输入为左值，则会用拷贝构造函数// 创建 other。如果输入为右值，则会使用移动构造函数创建 other。CopyAndMove& operator=(CopyAndMove other) {// 创建 other 之后，可以直接调用 move_resource 转移其资源，无须进行自赋值验证。move_resource(std::move(other));return *this;}~CopyAndMove() = default;  // 应用 the rule of five ，明确定义 5 个函数。private:// data_ptr_ 创建时即初始化，实施 RAII 原则。 std::unique_ptr<int> data_ptr_{std::make_unique<int>(888)};
};

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3. 用 move_resource 代替 swap

如果使用 copy and swap 惯用法，它的赋值运算符函数可能为如下形式。

CopyAndSwap& operator=(CopyAndSwap other) {// 其实并不需要把 *this 的数据交换给 other，因为 other 没有其它作用。swap(*this, other);  return *this;  }

在上面的函数中，将当前对象 *this 和 other 的数据进行交换。但实际上把 *this 的数据给 other 是一步多余的操作，因为 other 没有其它作用。如果把这一步骤省去，能够提升一点效率，因此我把 swap 替换成了 move_resource 函数，直接转移 other 的资源即可。

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4. 对异常安全性的说明

上面提到 copy and swap 的第一个好处是异常安全性。这是相对于传统的拷贝赋值运算符来说。一个示例代码如下。

class MyArray {public:// 传统的拷贝赋值运算符函数（不使用 copy-and-swap）MyArray& operator=(const MyArray& other) {if (this != &other) {  // 自赋值检查。delete[] data_;  // 先释放当前资源，即当前对象 *this 的数据已丢弃，无法恢复。size_ = other.size_;// 下面开辟新的内存空间，可能因为内存不足抛出 bad_alloc，无法复制 other 。data_ = new int[size_];  std::copy(other.data_, other.data_ + size_, data_);}return *this;}int* data_;int size_;// 下面省略了其它代码。
};

在传统的拷贝赋值运算符中，因为会先释放当前资源，如果后续发生内存不足抛出异常，就等于破坏了当前对象，并且无法恢复。
而 copy and move 因为操作顺序相反，是先用拷贝构造函数生成 other ，再转移 other 的资源。所以即使生成 other 时因为内存不足抛出异常，当前对象也不会被破坏。

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5. 关于 the rule of five 的说明

上面的析构函数写成 ~CopyAndMove() = default; 是应用了 C++ Core Guidelines 中的 the rule of five 原则。
The rule of five 的意思是：把 class 中的 5 个函数捆绑使用。即如果明确定义了其中的一个，则应该把另外四个也进行明确地定义，包括使用 = default 或 = delete 的方式。
这 5 个函数是：拷贝构造函数，移动构造函数，拷贝构造运算符，移动构造运算符，析构函数。
原文如下 ： https://isocpp.github.io/CppCoreGuidelines/CppCoreGuidelines#Rc-five

C.21: If you define or =delete any copy, move, or destructor function, define or =delete them all

Reason The semantics of copy, move, and destruction are closely related, so if one needs to be declared, the odds are that others need consideration too.

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