[转]谈谈C++中的swap函数

时间：2022-05-22 01:46:32

1，最通用的模板交换函数模式：创建临时对象，调用对象的赋值操作符。

  1. template <class T> void swap ( T& a, T& b )
  2. {
  3. T c(a); a=b; b=c;
  4. }

需要构建临时对象，一个拷贝构造，两次赋值操作。

2，针对int型优化：

  1. void swap(int & __restrict a, int & __restrict b)
  2. {
  3. a ^= b;
  4. b ^= a;
  5. a ^= b;
  6. }

无需构造临时对象，异或

因为指针是int，所以基于这个思路可以优化1：

  1. template <typename T> void Swap(T & obj1,T & obj2)
  2. {
  3. unsigned char * pObj1 = reinterpret_cast<unsigned char *>(&obj1);
  4. unsigned char * pObj2 = reinterpret_cast<unsigned char *>(&obj2);
  5. for (unsigned long x = 0; x < sizeof(T); ++x)
  6. {
  7. pObj1[x] ^= pObj2[x];
  8. pObj2[x] ^= pObj1[x];
  9. pObj1[x] ^= pObj2[x];
  10. }
  11. }

3，针对内建类型的优化：  int, flaot, double 等，甚至重载运算符的用户自定义类型：向量，矩阵，图像等。。。

type  a; -- e.g 10
type  b; -- e.g 5

a = a+b ; -- a=15,b=5
b = a-b ; -- a=15,b=10
a= a -b ; -- a= 5,b=10

// 无需构造临时变量。使用基本运算操作符。

  1. Ok, let's see.
  2. a = a + b;
  3. b = a - b;
  4. a = a - b;
  5. Let's introduce new names
  6. c = a + b;
  7. d = c - b;
  8. e = c - d;
  9. And we want to prove that d == a and e == b.
  10. d = (a + b) - b = a, proved.
  11. e = (a + b) - ((a + b) - b) = (a + b) - a = b, proved.
  12. For all real numbers.

4，swap的一些特化：

std::string, std::vector各自实现了swap函数，

string中

  1. template<class _Elem,
  2. class _Traits,
  3. class _Alloc> inline
  4. void __CLRCALL_OR_CDECL swap(basic_string<_Elem, _Traits, _Alloc>& _Left,
  5. basic_string<_Elem, _Traits, _Alloc>& _Right)
  6. {   // swap _Left and _Right strings
  7. _Left.swap(_Right);
  8. }
  9. void __CLR_OR_THIS_CALL swap(_Myt& _Right)
  10. {   // exchange contents with _Right
  11. if (this == &_Right)
  12. ;   // same object, do nothing
  13. else if (_Mybase::_Alval == _Right._Alval)
  14. {   // same allocator, swap control information
  15. #if _HAS_ITERATOR_DEBUGGING
  16. this->_Swap_all(_Right);
  17. #endif /* _HAS_ITERATOR_DEBUGGING */
  18. _Bxty _Tbx = _Bx;
  19. _Bx = _Right._Bx, _Right._Bx = _Tbx;
  20. size_type _Tlen = _Mysize;
  21. _Mysize = _Right._Mysize, _Right._Mysize = _Tlen;
  22. size_type _Tres = _Myres;
  23. _Myres = _Right._Myres, _Right._Myres = _Tres;
  24. }
  25. else
  26. {   // different allocator, do multiple assigns
  27. _Myt _Tmp = *this;
  28. *this = _Right;
  29. _Right = _Tmp;
  30. }
  31. }

第二个swap(Right)进行判断，如果使用了相同的分配器，则直接交换控制信息，否则调用string::operator=进行拷贝赋值。。。所以建议优先使用swap函数，而不是赋值操作符。

vector中

  1. template<class _Ty,
  2. class _Alloc> inline
  3. void swap(vector<_Ty, _Alloc>& _Left, vector<_Ty, _Alloc>& _Right)
  4. {   // swap _Left and _Right vectors
  5. _Left.swap(_Right);
  6. }
  7. void swap(_Myt& _Right)
  8. {   // exchange contents with _Right
  9. if (this == &_Right)
  10. ;   // same object, do nothing
  11. else if (this->_Alval == _Right._Alval)
  12. {   // same allocator, swap control information
  13. #if _HAS_ITERATOR_DEBUGGING
  14. this->_Swap_all(_Right);
  15. #endif /* _HAS_ITERATOR_DEBUGGING */
  16. this->_Swap_aux(_Right);
  17. _STD swap(_Myfirst, _Right._Myfirst);
  18. _STD swap(_Mylast, _Right._Mylast);
  19. _STD swap(_Myend, _Right._Myend);
  20. }
  21. else
  22. {   // different allocator, do multiple assigns
  23. this->_Swap_aux(_Right);
  24. _Myt _Ts = *this;
  25. *this = _Right;
  26. _Right = _Ts;
  27. }
  28. }

vector的swap原理跟string完全一致，只有当当使用了不同分配器才进行字节拷贝。其余情况直接交换控制信息。

测试用例：

5，Copy and  Swap idiom

目的：C++异常有三个级别：基本，强，没有异常。通过创建临时对象然后交换，能够实现重载赋值操作符的强异常安全的执行。

Loki中智能指针 临时变量跟this交换，临时变量自动销毁~

  1. SmartPtr& operator=(SmartPtr<T1, OP1, CP1, KP1, SP1, CNP1 >& rhs)
  2. {
  3. SmartPtr temp(rhs);
  4. temp.Swap(*this);
  5. return *this;
  6. }

boost::share_ptr，share_ptr定义了自己的swap函数。

  1. shared_ptr & operator=( shared_ptr const & r ) // never throws
  2. {
  3. this_type(r).swap(*this);
  4. return *this;
  5. }
  6. void swap(shared_ptr<T> & other) // never throws
  7. {
  8. std::swap(px, other.px);
  9. pn.swap(other.pn);
  10. }

记得本科上C++课，老师特别喜欢拿String来举例子，面试题也特别喜欢String。。。下面说说String::opreator=函数的优化：

最一般的写法，特点：使用const string& 传参防止临时对象。

  1. String& String::operator =(const String & rhs)
  2. {
  3. if (itsString)
  4. delete [] itsString;
  5. itsLen = rhs.GetLen();
  6. itsString = new char[itsLen+1];
  7. for (unsigned short i = 0;i<itsLen;i++)
  8. itsString[i] = rhs[i];
  9. itsString[itsLen] = '/0';
  10. return *this;
  11. }

优化1，防止自我间接赋值，a = b; c = b; a = c; 如果没有第一个if判断，当把c赋给a的时候，删除了a.itsString，后面的拷贝就会出错。注意是if(this==&rhs), 而不是if(*this==rhs) .

  1. String& String::operator =(const String & rhs)
  2. {
  3. if (this == &rhs)
  4. return *this;
  5. if (itsString)
  6. delete [] itsString;
  7. itsLen=rhs.GetLen();
  8. itsString = new char[itsLen+1];
  9. for (unsigned short i = 0;i<itsLen;i++)
  10. itsString[i] = rhs[i];
  11. itsString[itsLen] = '/0';
  12. return *this;
  13. }

优化2，不进行拷贝赋值，只是交换控制信息，而且是强异常安全：

  1. String & String::operator = (String const &rhs)
  2. {
  3. if (this != &rhs)
  4. String(rhs).swap (*this); // Copy-constructor and non-throwing swap
  5. // Old resources are released with the destruction of the temporary above
  6. return *this;
  7. }

优化3，以最原始的传值方式传参，避免临时对象创建：

  1. String & operator = (String s) // the pass-by-value parameter serves as a temporary
  2. {
  3. s.swap (*this); // Non-throwing swap
  4. return *this;
  5. }// Old resources released when destructor of s is called.

最后这张方式主要是对C++新特性rvalue的优化，具体参见：http://en.wikibooks.org/wiki/More_C++_Idioms/Copy-and-swap

附上网络版的String：

  1. #include <iostream>
  2. #include <cstring>
  3. using namespace std;
  4. class String
  5. {
  6. public:
  7. String();
  8. String(const char *const);
  9. String(const String &);
  10. ~String();
  11. char & operator[] (unsigned short offset);
  12. char operator[] (unsigned short offset)const;
  13. String operator+(const String&);
  14. void operator+=(const String&);
  15. String & operator= (const String &);
  16. unsigned short GetLen()const {return itsLen;}
  17. const char * GetString()const {return itsString;}
  18. private:
  19. String (unsigned short);
  20. char * itsString;
  21. unsigned short itsLen;
  22. };
  23. String::String()
  24. {
  25. itsString = new char[1]; //为什么设置成1，这样会导致内存1bytes无法释放吗？我觉得和itsString = new char没区别，那他为什么要设置成1，这样有什么用？21天学会C++那本书，我也有 ，书上也确实是设置成1.
  26. itsString[0] = '/0';
  27. itsLen=0;
  28. }
  29. String::String(unsigned short len)
  30. {
  31. itsString = new char[len+1];
  32. for (unsigned short i =0;i<=len;i++)
  33. itsString[i] = '/0';
  34. itsLen=len;
  35. }
  36. String::String(const char * const cString)
  37. {
  38. itsLen = strlen(cString);
  39. itsString = new char[itsLen+1];
  40. for (unsigned short i=0;i<itsLen;i++)
  41. itsString[i] = cString[i];
  42. itsString[itsLen] = '/0';
  43. }
  44. String::String(const String & rhs)
  45. {
  46. itsLen = rhs.GetLen();
  47. itsString = new char[itsLen+1];
  48. for (unsigned short i = 0;i<itsLen;i++)
  49. itsString[i] = rhs[i];
  50. itsString[itsLen] = '/0';
  51. }
  52. String::~String()
  53. {
  54. delete [] itsString;
  55. itsLen = 0;
  56. }
  57. String& String::operator =(const String & rhs)
  58. {
  59. if (this == &rhs)
  60. return *this;
  61. delete [] itsString;
  62. itsLen=rhs.GetLen();
  63. itsString = new char[itsLen+1];
  64. for (unsigned short i = 0;i<itsLen;i++)
  65. itsString[i] = rhs[i];
  66. itsString[itsLen] = '/0';
  67. return *this;
  68. }
  69. char & String::operator [](unsigned short offset) //这个程序这样写，起到了什么用处？？和main中的那一个对应？
  70. {
  71. if (offset > itsLen)
  72. return itsString[itsLen-1]; //这个返回itslen-1到底是什么意思？为什么要减去1 ？？
  73. else
  74. return itsString[offset];
  75. }
  76. char String::operator [](unsigned short offset)const
  77. {
  78. if (offset > itsLen)
  79. itsString[itsLen-1];
  80. else
  81. return itsString[offset];
  82. }
  83. String String::operator +(const String& rhs)
  84. {
  85. unsigned short totalLen = itsLen + rhs.GetLen();
  86. String temp(totalLen);
  87. unsigned short i;
  88. for (i=0;i<itsLen;i++)
  89. temp[i] = itsString[i];
  90. for (unsigned short j = 0;j<rhs.GetLen();j++,i++)
  91. temp[i] = rhs[j];
  92. temp[totalLen] = '/0';
  93. return temp;
  94. }
  95. void String::operator +=(const String& rhs)
  96. {
  97. unsigned short rhsLen = rhs.GetLen();
  98. unsigned short totalLen = itsLen + rhsLen;
  99. String temp(totalLen);
  100. unsigned short i;
  101. for (i = 0;i<itsLen;i++)
  102. temp[i] = itsString[i];
  103. for (unsigned short j = 0;j<rhs.GetLen();j++,i++)
  104. temp[i] = rhs[i-itsLen];
  105. temp[totalLen] = '/0';
  106. }
  107. int main()
  108. {
  109. String s1("initial test"); //调用了什么函数？
  110. cout<<"S1:/t"<<s1.GetString()<<endl;
  111. char *temp ="Hello World";
  112. s1 = temp;//调用了什么函数？
  113. cout<<"S1:/t"<<s1.GetString()<<endl;
  114. char tempTwo[20];
  115. strcpy(tempTwo,"; nice to be here!");
  116. s1 += tempTwo;
  117. cout<<"tempTwo:/t"<<tempTwo<<endl;
  118. cout<<"S1:/t"<<s1.GetString()<<endl;
  119. cout<<"S1[4]:/t"<<s1[4]<<endl;
  120. cout<<"S1[999]:/t"<<s1[999]<<endl;//调用了什么函数？
  121. String s2(" Anoter string");//调用了什么函数？
  122. String s3;
  123. s3 = s1+s2;
  124. cout<<"S3:/t" <<s3.GetString()<<endl;
  125. String s4;
  126. s4 = "Why does this work?";//调用了什么函数？
  127. cout<<"S4:/t"<<s4.GetString()<<endl;
  128. return 0;
  129. }

参考引用：

1，http://www.vbforums.com/showthread.php?t=245517

2，http://www.cplusplus.com/reference/algorithm/swap/

3，http://codeguru.earthweb.com/forum/showthread.php?t=485643

4，http://*.com/questions/1998744/benefits-of-a-swap-function

5，http://answers.google.com/answers/threadview/id/251027.html

C++ idioms

http://en.wikibooks.org/wiki/Category:More_C%2B%2B_Idioms

Copy and Swap idiom

http://*.com/questions/3279543/what-is-the-copy-and-swap-idiom

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