Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ
вернуться

Майерс Скотт
Шрифт:

Чтобы обменять (swap) значения двух объектов, нужно присвоить каждому из них значение другого. По умолчанию такой обмен осуществляет стандартный алгоритм swap. Его типичная реализация не расходится с вашими ожиданиями:

namespace std {

template <typename T> // типичная реализация std::swap

void swap(T& a, T& b) // меняет местами значения a и b

{

T temp(a);

a = b;

b = temp;

}

}

Коль скоро тип поддерживает копирование (с помощью конструктора копирования и оператора присваивания), реализация swap по умолчанию позволяет объектам этого типа обмениваться значениями без всяких дополнительных усилий с вашей стороны.

Стандартная реализация swap, может быть, не приведет вас в восторг. Она включает копирование трех объектов: a в temp, b в a и temp – в b. Для некоторых типов ни одна из этих операция в действительности не является необходимой. Для таких типов swap по умолчанию – быстрый путь на медленную дорожку.

Среди таких типов сразу стоит выделить те, что состоят в основном из указателей на другой тип, содержащий реальные данные. Общее название для таких проектных решений: «идиома pimpl» (pointer to implementation – указатель на реализацию – см. правило 31). Спроектированный так класс Widget может быть объявлен следующим образом:

class WidgetImpl { // класс для данных Widget

public: // детали несущественны

...

private:

int a,b,c; // возможно, много данных –

std::vector<double> v; // копирование обойдется дорого

...

};

class Widget { // класс, использующий идиому pimpl

public:

Widget(const Widget& rhs);

Widget& operator=(const Widget& rhs) // чтоб скопировать Widget, копируем

{ // его объект WidgetImpl. Детали

... // реализации operator= как такового

*pimpl = *(rhs.pimpl); // см. в правилах 10, 11 и 12

...

}

...

private:

WidgetImpl *pimpl; // указатель на объект с данными

}; // этого Widget

Чтобы обменять значения двух объектов Widget, нужно лишь обменять значениями их указатели pimpl, но алгоритм swap по умолчанию об этом знать не может. Вместо этого он не только трижды выполнит операцию копирования Widget, но еще и три раза скопирует Widgetlmpl. Очень неэффективно!

А нам бы хотелось сообщить функции std::swap, что при обмене объектов Widget нужно обменять значения хранящихся в них указателей pimpl. И такой способ существует: специализировать std::swap для класса Widget. Ниже приведена основная идея, хотя в таком виде код не скомпилируется:

namespace std {

template <> // это специализированная версия

void swap<Widget>(Widget& a, // std::swap, когда T есть

Widget& b) // Widget; не скомпилируется

{

swap(a.pimpl, b.pimpl); // для обмена двух Widget просто

} // обмениваем их указатели pimpl

}

Строка «template <>» в начале функции говорит о том, что это полная специализация шаблона std::swap, а «<Widget>» после имени функции говорит о том, что это специализация для случая, когда T есть Widget. Другими словами, когда общий шаблон swap применяется к Widget, то должна быть использована эта реализация. Вообще-то не допускается изменять содержимое пространства имен std, но разрешено вводить полные специализации стандартных шаблонов (подобных swap) для созданных нами типов (например, Widget). Что мы и делаем.

Как я уже сказал, эта функция не скомпилируется. Дело в том, что она пытается получить доступ к указателям pimpl внутри a и b, а они закрыты. Мы можем объявить нашу специализацию другом класса, но соглашение требует поступить иначе: нужно объявить в классе Widget открытую функцию-член по имени swap, которая осуществит реальный обмен значениями, а затем специализация std::swap вызовет эту функцию-член:

class Widget { // все как раньше, за исключением

public: // добавления функции-члена swap