c++中的copy-and-swap idiom怎么用_c++拷贝赋值优化策略详解

copy-and-swap惯用法通过按值传参触发拷贝构造，再调用noexcept的swap交换数据，确保异常安全与自我赋值安全，代码简洁且维护性强，适用于资源管理类。

在C++中，copy-and-swap惯用法是一种实现拷贝赋值操作符的推荐方式，它能自动保证异常安全和自我赋值安全，同时代码清晰、易于维护。尤其适用于管理资源（如动态内存、文件句柄等）的类。

什么是copy-and-swap惯用法？

copy-and-swap的核心思想是：在拷贝赋值函数中，先通过拷贝构造函数创建一个局部对象副本，然后调用一个swap成员函数将当前对象与该副本交换数据。由于swap通常不会抛出异常，整个赋值过程就具备了强异常安全性。

具体实现依赖三个关键成员函数：

• 拷贝构造函数
• 析构函数
• swap成员函数

一旦这三者正确实现，拷贝赋值操作符就可以基于它们构建。

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如何实现copy-and-swap？

下面是一个典型示例，展示如何为一个管理动态数组的类应用copy-and-swap：

#include <algorithm>
<p>class MyArray {
private:
int* data;
size_t size;</p><p>public:
// 构造函数
explicit MyArray(size_t s = 0) : data(s ? new int[s]{} : nullptr), size(s) {}</p><pre class='brush:php;toolbar:false;'>// 拷贝构造函数
MyArray(const MyArray& other)
    : data(other.size ? new int[other.size] : nullptr), size(other.size)
{
    std::copy(other.data, other.data + size, data);
}

// 析构函数
~MyArray() { delete[] data; }

// swap成员函数 —— 关键！
void swap(MyArray& other) noexcept {
    std::swap(data, other.data);
    std::swap(size, other.size);
}

// 拷贝赋值操作符 —— 使用copy-and-swap
MyArray& operator=(MyArray other) {
    other.swap(*this);
    return *this;
}

};

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注意：operator= 的参数是按值传递，这意味着传入的对象会自动调用拷贝构造函数生成副本。随后调用 swap 将当前对象的内容与副本交换，原数据在函数结束时被自动析构。

为什么这样设计更安全？

这种写法天然避免了多个问题：

• 自我赋值安全：即使 a = a，传参会构造副本，swap无影响。
• 异常安全：如果拷贝构造过程中抛出异常（如内存不足），原对象状态不变，因为尚未修改任何成员。
• 代码简洁：无需手动判断是否自我赋值，也不需要临时缓冲或复杂清理逻辑。

此外，C++11之后，还可以结合移动语义进一步优化性能。比如上面的赋值操作符也能处理右值：

MyArray& operator=(MyArray other) {
    other.swap(*this);
    return *this;
}

当传入右值时，会调用移动构造函数（如果已定义）来高效初始化参数 other，从而避免不必要的深拷贝。

需要注意的点

使用copy-and-swap时应注意以下几点：

• 必须提供正确的拷贝构造函数和析构函数。
• swap函数应标记为noexcept，这是标准库组件（如vector）对类型的基本要求。
• 自定义swap应尽量内联，提高效率。
• 对于大对象，频繁赋值可能带来性能开销，但通常可接受，且可通过移动赋值补充优化。

基本上就这些。copy-and-swap不是最极致性能的选择，但在绝大多数情况下，它提供了最佳的安全性与可维护性平衡，是现代C++中编写拷贝赋值操作符的推荐做法。

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