使用交换操作实现赋值运算符重载

[yuguojia]

很多时候我们会遇到两个对象值的交换，例如std::sort使用的排序算法就是基于变量交换的，std::reverse也用到了交换。交换效率的高低决定了这些算法的执行时间。

然而，交换操作往往会带来不必要的复制。在<utility>中定义了std::swap可以实现变量的交换，我们先看看std::swap的实现。

std::swap的一种实现

template<typename T>
void swap(T &a,T &b) noexcept
{
    T temp = std::move(a);
    a = std::move(b);
    b = std::move(temp);
}

参见L6-引用与复制PPT，这样实现swap，可以避免3次不必要的拷贝操作，只是有一个前提要求——类型T必须同时重载了移动构造函数和移动赋值运算符。如果类型T只重载了拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，那么使用swap，多余的拷贝操作仍无法避免。

实现自己的类的swap函数

在类型T没有实现移动操作的情况下，我们可以自己实现swap函数。

以第三次作业http://115.182.62.169:8000/contest/106/problem/80为例，交换两个Vector，只需要交换array指针和成员变量len、capacity即可，实现起来非常容易：

void swap(Vector &a,Vector &b)
{
    using std::swap;
    // 用std::swap交换变量的值
    swap(a.array,b.array);
    swap(a.len,b.len);
    swap(a.capacity,b.capacity);
}

你可能会问，实现了这个swap函数之后，真的就能够加快std::reverse等算法了吗？答案是肯定的。我们不妨来看看std::reverse的源码是怎样的：
（一种可能的实现）

template<class BidirIt>
void reverse(BidirIt first, BidirIt last)
{
    while ((first != last) && (first != --last)) {
        std::iter_swap(first++, last);
    }
}

可以看到，当需要交换两个元素时，std::reverse用到了std::iter_swap。我们再来看看std::iter_swap的实现：

template<class ForwardIt1, class ForwardIt2>
void iter_swap(ForwardIt1 a, ForwardIt2 b)
{
   using std::swap;
   swap(*a, *b);
}

为什么std::iter_swap的实现没有直接std::swap(*a, *b);，而是先using std::swap;再执行swap呢？

其实，直接使用std::swap(*a, *b);并不会带来任何性能上的优势——我们自定义的swap函数并不在命名空间std内。这样虽然没有编译错误，但是程序根本没有用到我们自己写的swap函数，最后使用的仍然是没有优化过的std::swap。

先using std::swap;再执行swap就能很好地解决这个问题。如果我们自己写了一个swap，会将std::swap覆盖掉（这是因为函数匹配的原则：选择最为特例化的版本，因而普通函数会比函数模板std::swap优先级高）。std::swap只是在没有专门实现时才会被调用。

这也提示了我们一个关于变量交换的best practice：交换两个变量a,b时，最好用using std::swap; swap(a,b);，而不是直接std::swap(a,b);

"copy-and-swap"技巧

编写自己的swap函数还有一个额外的好处。如果已经写好了类的拷贝构造函数、移动构造函数和swap函数，我们可以轻易完成赋值运算符的重载：

Vector& Vector::operator=(Vector rhs)
{
    swap(*this,rhs);
    return *this;
}

注意第一行rhs是按值传递的，调用了Vector的拷贝/移动构造函数，将等号右边的Vector拷贝/移动到临时变量rhs中。接着，将等号左侧的Vector和rhs交换，这样就相当于把等号右侧的Vector赋值到左侧，而交换后rhs拥有等号左侧Vector的资源。最后，函数返回时，rhs的生命周期结束，对rhs进行析构，就释放了原来等号左侧对象的资源。

而且，这样的代码可以正确处理自赋值的情况。此时rhs会拷贝一份等号右侧对象，再与等号左侧的对象交换，并不会出现任何问题。

参考：
https://blog.csdn.net/wbvalid/article/details/117852626