Effective C++ 条款25：考虑写出一个不抛异常的swap函数

Effective C++ 条款25：考虑写出一个不抛异常的swap函数

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核心思想：为自定义类型提供高效的、不抛异常的swap特化实现，优先通过成员swap实现，再通过非成员函数调用，最后全特化std::swap，确保类型在泛型代码中高效交换。

⚠️ 1. 默认swap的性能陷阱

深拷贝性能问题：

class ResourceIntensive {
public:ResourceIntensive(const ResourceIntensive& other): data_(new int[other.size_]), size_(other.size_) {std::copy(other.data_, other.data_ + size_, data_);}// 默认swap通过拷贝构造实现 → 深拷贝
private:int* data_;size_t size_;
};// 交换成本：O(n)拷贝
std::swap(obj1, obj2);  // 调用3次拷贝构造/赋值

异常安全问题：

class Connection {
public:~Connection() { release(); }Connection(const Connection&) = delete;  // 不可拷贝// 默认swap无法工作
private:void release();  // 释放资源Handle handle_;  // 系统资源句柄
};

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🚨 2. 解决方案：定制swap实现

三步定制法：

// 步骤1：类内提供高效swap成员函数
class Widget {
public:void swap(Widget& other) noexcept {using std::swap;               // 为内置类型准备swap(dataPtr, other.dataPtr);  // 仅交换指针swap(size, other.size);        // 交换辅助数据}private:Data* dataPtr;  // 指向大型数据size_t size;
};// 步骤2：非成员swap函数调用成员swap
void swap(Widget& a, Widget& b) noexcept {a.swap(b);  // 调用高效成员函数
}// 步骤3：全特化std::swap
namespace std {template<> void swap<Widget>(Widget& a, Widget& b) noexcept {a.swap(b);}
}

现代C++改进：

// C++11后推荐仅提供非成员swap（避免特化std）
namespace WidgetStuff {class Widget { /* ... 成员swap ... */ };void swap(Widget& a, Widget& b) noexcept {a.swap(b);}
}// 通用调用方式
template<typename T>
void process(T& a, T& b) {using std::swap;  // 引入std::swapswap(a, b);       // 通过ADL查找最佳swap
}

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⚖️ 3. 关键原则与实现策略

实现方式	适用场景	优点	缺点
成员swap+非成员swap	自定义命名空间类型	标准兼容，ADL支持	需额外命名空间
全特化std::swap	标准库类型扩展	被std算法直接使用	禁止添加新模板到std
偏特化std::swap	类模板（C++98/03）	支持泛型	C++11起非法
移动语义swap	C++11支持移动的类型	自动高效（默认已优化）	需类型支持移动操作

Pimpl惯用法优化：

// 前置声明
class WidgetImpl;class Widget {
public:void swap(Widget& other) noexcept {std::swap(pImpl, other.pImpl);  // 仅交换指针}private:WidgetImpl* pImpl;  // 指向实现类
};// 非成员swap
void swap(Widget& a, Widget& b) noexcept { a.swap(b); }

类模板swap实现：

// 类模板需在自身命名空间提供swap
namespace Custom {template<typename T>class Array { public:void swap(Array& other) noexcept {std::swap(data_, other.data_);std::swap(size_, other.size_);}private:T* data_;size_t size_;};// 非成员swap模板template<typename T>void swap(Array<T>& a, Array<T>& b) noexcept {a.swap(b);}
}// 使用示例
Custom::Array<int> arr1, arr2;
using std::swap;
swap(arr1, arr2);  // 调用Custom::swap

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💡 关键原则总结

1. 高效交换原则
   • 资源管理类必须提供高效swap
   • 仅交换指针/句柄，而非完整数据
2. 异常安全保证
   • swap函数必须声明noexcept
   • 禁止在swap中抛出异常
3. 定制实现三步曲
   • 成员swap：执行实际交换操作
   • 非成员swap：调用成员函数
   • (可选) 全特化std::swap
4. 泛型编程兼容
   • 使用using std::swap; + 无限定swap调用
   • 依赖ADL查找最佳swap实现

危险使用重现：

class Bitmap { /* 大数据 */ };
class Widget {
private:Bitmap* pb;  // 指向大型数据
};// 使用默认swap
Widget w1, w2;
std::swap(w1, w2);  // 深拷贝三次Bitmap数据 → 性能灾难

安全优化方案：

class Widget {
public:void swap(Widget& other) noexcept {std::swap(pb, other.pb);  // 仅交换指针}
private:Bitmap* pb;
};// 非成员swap（同一命名空间）
void swap(Widget& a, Widget& b) noexcept {a.swap(b);
}// 使用示例
Widget w1, w2;// 方式1：直接调用（明确类型）
swap(w1, w2);  // 方式2：泛型代码调用
template<typename T>
void processWidgets(T& a, T& b) {using std::swap;  // 必要声明swap(a, b);       // 自动选择最佳swap
}// 方式3：STL算法使用
std::vector<Widget> widgets;
std::swap(widgets[0], widgets[1]);  // 调用高效swap