在C++11中,复制和交换习语应该变成复制和移动习语吗

Should the Copy-and-Swap Idiom become the Copy-and-Move Idiom in C++11?

本文关键字:习语 复制 移动 交换 C++11      更新时间:2023-10-16

如本答案所述,复制和交换习惯用法实现如下:

class MyClass
{
private:
    BigClass data;
    UnmovableClass *dataPtr;
public:
    MyClass()
      : data(), dataPtr(new UnmovableClass) { }
    MyClass(const MyClass& other)
      : data(other.data), dataPtr(new UnmovableClass(*other.dataPtr)) { }
    MyClass(MyClass&& other)
      : data(std::move(other.data)), dataPtr(other.dataPtr)
    { other.dataPtr= nullptr; }
    ~MyClass() { delete dataPtr; }
    friend void swap(MyClass& first, MyClass& second)
    {
        using std::swap;
        swap(first.data, other.data);
        swap(first.dataPtr, other.dataPtr);
    }
    MyClass& operator=(MyClass other)
    {
        swap(*this, other);
        return *this;
    }
};

通过将MyClass值作为运算符=的参数,该参数可以由复制构造函数或移动构造函数构造。然后可以安全地从参数中提取数据。这可以防止代码重复,并有助于异常安全。

答案提到,您可以交换或移动临时变量。它主要讨论交换。然而,如果编译器没有对交换进行优化,交换将涉及三个移动操作,在更复杂的情况下还会做额外的工作。当您只需要将临时对象移动到指定的对象中时。

考虑这个更复杂的例子,涉及观察者模式。在本例中,我手动编写了赋值运算符代码。重点是移动构造函数、赋值运算符和交换方法:

class MyClass : Observable::IObserver
{
private:
    std::shared_ptr<Observable> observable;
public:
    MyClass(std::shared_ptr<Observable> observable) : observable(observable){ observable->registerObserver(*this); }
    MyClass(const MyClass& other) : observable(other.observable) { observable.registerObserver(*this); }
    ~MyClass() { if(observable != nullptr) { observable->unregisterObserver(*this); }}
    MyClass(MyClass&& other) : observable(std::move(other.observable))
    {
        observable->unregisterObserver(other);
        other.observable.reset(nullptr);
        observable->registerObserver(*this);
    }
    friend void swap(MyClass& first, MyClass& second)
    {
        //Checks for nullptr and same observable omitted
            using std::swap;
            swap(first.observable, second.observable);
            second.observable->unregisterObserver(first);
            first.observable->registerObserver(first);
            first.observable->unregisterObserver(second);
            second.observable->registerObserver(second);
    }
    MyClass& operator=(MyClass other)
    {
        observable->unregisterObserver(*this);
        observable = std::move(other.observable);
        observable->unregisterObserver(other);
        other.observable.reset(nullptr);
        observable->registerObserver(*this);
    }
}

显然,这个手动编写的赋值运算符中的代码重复部分与move构造函数中的代码相同。你可以在赋值操作符中执行交换,行为是正确的,但它可能会执行更多的移动,并执行额外的注册(在交换中(和注销(在析构函数中(。

重用move构造函数的代码不是更有意义吗?

private:
    void performMoveActions(MyClass&& other)
    {
        observable->unregisterObserver(other);
        other.observable.reset(nullptr);
        observable->registerObserver(*this);
    }
public:
    MyClass(MyClass&& other) : observable(std::move(other.observable))
    {
        performMoveActions(other);
    }
    MyClass& operator=(MyClass other)
    {
        observable->unregisterObserver(*this);
        observable = std::move(other.observable);
        performMoveActions(other);
    }

在我看来,这种方法永远不会比互换方法差。我认为复制和交换习惯用法会比C++11中的复制和移动习惯用法更好,这是对的吗?还是我错过了一些重要的东西?

首先,只要类是可移动的,通常就不需要在C++11中编写swap函数。默认的swap将采用移动:

void swap(T& left, T& right) {
    T tmp(std::move(left));
    left = std::move(right);
    right = std::move(tmp);
}

就这样,元素被交换了。

其次,基于此,复制和交换实际上仍然有效:

T& T::operator=(T const& left) {
    using std::swap;
    T tmp(left);
    swap(*this, tmp);
    return *this;
}
// Let's not forget the move-assignment operator to power down the swap.
T& T::operator=(T&&) = default;

将复制并交换(这是移动(或移动并交换(那是移动(,并且应该始终达到接近最佳性能。可能有几个多余的赋值,但希望你的编译器能处理好它。

EDIT:这只实现复制分配运算符;还需要一个单独的移动赋值操作符,尽管它可以是默认的,否则会发生堆栈溢出(移动赋值和交换无限期地相互调用(。

给予每一位特殊成员应有的温柔关爱,并尽可能地默认他们:

class MyClass
{
private:
    BigClass data;
    std::unique_ptr<UnmovableClass> dataPtr;
public:
    MyClass() = default;
    ~MyClass() = default;
    MyClass(const MyClass& other)
        : data(other.data)
        , dataPtr(other.dataPtr ? new UnmovableClass(*other.dataPtr)
                                : nullptr)
        { }
    MyClass& operator=(const MyClass& other)
    {
        if (this != &other)
        {
            data = other.data;
            dataPtr.reset(other.dataPtr ? new UnmovableClass(*other.dataPtr)
                                        : nullptr);
        }
        return *this;
    }
    MyClass(MyClass&&) = default;
    MyClass& operator=(MyClass&&) = default;
    friend void swap(MyClass& first, MyClass& second)
    {
        using std::swap;
        swap(first.data, second.data);
        swap(first.dataPtr, second.dataPtr);
    }
};

如果需要,可以在上面隐式默认使用析构函数。对于本例,其他所有内容都需要明确定义或默认设置。

参考:http://accu.org/content/conf2014/Howard_Hinnant_Accu_2014.pdf

复制/交换习惯用法可能会降低性能(请参阅幻灯片(。例如,有人想知道为什么像std::vectorstd::string这样的高性能/经常使用的std::类型不使用复制/交换吗?表现不佳是原因。如果BigClass包含任何std::vectorstd::string(这似乎很可能(,您最好从您的特殊成员中呼叫他们的特殊成员。以上就是如何做到这一点。

如果您在任务中需要强大的异常安全性,请参阅幻灯片,了解如何在性能之外提供这种安全性(搜索"strong_assign"(。

我问这个问题已经很久了,我知道答案已经有一段时间了,但我推迟了写答案。给你。

答案是否定的。复制和交换成语不应该变成复制和移动成语。

复制和交换(也称为移动构造和交换(的一个重要部分是通过安全清理实现赋值运算符的方法。将旧数据交换为临时构建的副本或移动构建的数据。操作完成后,将删除临时对象,并调用其析构函数。

交换行为是为了能够重用析构函数,所以您不必在赋值运算符中编写任何清理代码。

如果没有要执行的清理行为,只有赋值,那么您应该能够将赋值运算符声明为默认运算符,并且不需要复制和交换。

move构造函数本身通常不需要任何清理行为,因为它是一个新对象。一般的简单方法是让move构造函数调用默认构造函数,然后用move-from对象交换所有成员。从中移动的对象将像一个平淡无奇的默认构造对象。

然而,在这个问题的观察者模式示例中,这实际上是一个例外,因为需要更改对旧对象的引用,所以必须进行额外的清理工作。一般来说,我建议尽可能使您的观察者和可观察者以及其他基于引用的设计构造不可移动。