Copy-and-Swap 成语是否应该成为 C++11 中的 Copy-and-Move 成语？

Question

正如this answer 中所解释的，copy-and-swap 习惯用法如下实现：

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 operator= 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，您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。但是，如果没有经过编译器优化，交换会涉及三个移动操作，并且在更复杂的情况下会做额外的额外工作。当您想要的只是将临时对象移动到分配对象中。

考虑这个更复杂的例子，涉及observer pattern。在此示例中，我手动编写了赋值运算符代码。重点是move构造函数、赋值运算符和swap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重复部分代码与移动构造函数中的重复部分相同。您可以在赋值运算符中执行交换，并且行为是正确的，但它可能会执行更多移动并执行额外的注册（在交换中）和取消注册（在析构函数中）。

重用移动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，这种方法绝不逊色于交换方法。我是否认为在 C++11 中将复制和交换习语作为复制和移动习语会更好，还是我错过了一些重要的事情？

Answer 1

给予每个特殊成员应有的温柔关爱，并尽量默认他们：

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析构函数。对于此示例，其他所有内容都需要显式定义或默认设置。

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

复制/交换习语可能会降低您的性能（参见幻灯片）。例如有没有想过为什么高性能/经常使用的 std::types 像 std::vector 和 std::string 不使用复制/交换？性能不佳是原因。如果BigClass 包含任何std::vectors 或std::strings（这似乎很可能），那么最好的办法是从您的特殊成员中调用他们的特殊成员。以上是如何做到的。

如果您需要对作业进行强大的异常安全性，请参阅幻灯片了解如何在性能之外提供此功能（搜索“strong_assign”）。

Answer 2

首先，只要你的类是可移动的，通常不需要在 C++11 中编写swap 函数。默认的swap 将诉诸移动：

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

就是这样，元素被交换了。

其次，基于此，Copy-And-Swap 实际上仍然成立：

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;

将复制和交换（这是一个移动）或移动和交换（这是一个移动），并且应该始终达到接近最佳性能。可能会有一些多余的分配，但希望你的编译器会处理它。

编辑： 这仅实现了复制赋值运算符；还需要一个单独的移动赋值运算符，但可以默认，否则会发生堆栈溢出（移动赋值和交换无限期地相互调用）。

Answer 3

我已经很久没有问这个问题了，我已经知道答案有一段时间了，但是我推迟了写答案。在这里。

答案是否定的。 Copy-and-swap 成语不应成为 Copy-and-move 成语。

Copy-and-swap（也是 Move-construct-and-swap）的一个重要部分是一种通过安全清理实现赋值运算符的方法。旧数据被交换到复制构造或移动构造的临时数据中。操作完成后，临时对象被删除，并调用其析构函数。

交换行为是为了能够重用析构函数，因此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并且只有赋值，那么您应该能够将赋值运算符声明为默认值，并且不需要复制和交换。

移动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移动构造函数调用默认构造函数，然后将所有成员与移动对象交换。然后，被移动的对象将像一个平淡无奇的默认构造对象。

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