swap手法
swap手法不应当是C++独有的技术，很多语言都可以实现，并且从中得到好处。只是C++存在的一些缺陷迫使大牛们发掘，并开始重视这种有用的手法。这 个原本被用来解决C++的资源安全和异常保证问题的技术在使用中逐步体现出越来越多的应用，有助于我们编写更加简洁、优雅和高效的代码。接下来，我们先来和swap打个招呼。然后看看在C#里如何玩出swap。最后展示swap手法的几种应用，从中我们将看到它是如何的可爱。
假设，我要做一个类，实现统计并保存一个字符串中字母的出现次数，以及总的字母和数字的个数。
class CountStr
{
public: explicit CountStr(std::string const& val)
:m_str(val), m_nLetter(0), m_nNumber(0) { do_count(val);
} CountStr(CountStr const& cs) :m_str(cs.m_str), m_counts(cs.m_counts) , m_nLetter(cs.m_nLetter), m_nNumber(cs.m_nNumber) {} void swap(CountStr& cs) { std::swap(m_str, cs.m_str); m_counts.swap(m_str); std::swap(m_nLetter, cs.m_nLetter); std::swap(m_nNumber, cs.m_nNumber); } private: std::string m_str; std::map<char, int> m_counts; int m_nLetter; int m_nNumber;
}顺便提一下，在未来的C++0x中，由于引入了concept机制，可以允许一个函数模板自动识别出所有“具有swap()成员”的类型，并使用相应的特化版本。这样便只需使用std::swap()，而不必考虑是什么样的类型了。
言归正传。这里，swap()成员函数有两个要求，其一是复杂度为O(1)，其二是具备无抛掷的异常保证。前者对于性能而言至关重要，否则swap操作将 会由于性能问题而无法在实际项目中使用。对于后者，是确保强异常保证（commit or rollback语义）的基石。要达到这两个要求，有几个关键要点：首先，对于类型为内置类型或小型POD（8～16字节以内）的成员数据，可以直接使用 std::swap()；其次，对于非平凡的类型（拥有资源引用，复制构造和赋值操作会引发深拷贝），并且拥有符合上述要求的swap()成员函数的，直 接使用swap()成员函数；最后，其余的类型，则保有其指针，或智能指针，以确保满足上述两个要求。
听上去有些复杂，但在实际开发中做到并不难。首先，尽量使用标准库容器，因为标准库容器都拥有满足两个条件的swap()成员。其次，在编写的每一个类中 实现满足两个条件的swap()成员。最后，对于那些不具备swap()成员函数的第三方类型，则使用指针，最好是智能指针。（也就是Sutter所谓的 PImpl手法）。只要坚持这些方针，必能收到很好的效果。
下面，就来看一下这个swap()的第一个妙用。假设，这个类需要复制。通常可以通过operator=操作符，或者copy（或其他有明确的复制含义 的）成员函数实现，这两者实际上是等价的，只是形式不同而已。这里选择operator=，因为它比较C++:)。
最直白的实现方式是这样：
class CountStr { public: ... CountStr& operator=(CountStr& val) { m_str=val.m_str; m_counts=val.m_counts; m_nLetter=val.m_nLetter; m_nNumber=val.m_nNumber; } ... }先解释一下异常保证。异常保证有三个级别：基本保证、强异常保证和无抛掷保证。基本保证是指异常抛出时，程序的各个部分应当处于有效状态，不能有资源泄 漏。这个级别可以轻而易举地利用RAII确保，这在前一篇已经展示过了。强异常保证则更加严格，要求异常抛出后，程序非但要满足基本保证，其各个部分的数 据应保持原状。也就是要满足“Commit or Rollback”语义，熟悉数据库的人，可以联想一下Transaction的行为。而无抛掷保证要求函数在任何情况下都不会抛出异常。无抛掷保证不是 说用一个catch(...)或throw()把异常统统吞掉。而是说在无抛掷保证的函数中的任何操作，都不会抛出异常。能满足无抛掷保证的操作还是很多 的，比如内置POD类型（int、指针等等）的复制，swap手法便以此为基础。（多说一句，用catch(...)吞掉异常来确保无抛掷并非绝对不行， 在特定情况下，还是可以偶尔一用。不过这等烂事也只能在西构函数中进行，而且也只有在迫不得已的情况下用那么一下）。
如果这四个赋值操作 中，任意一个抛出异常，便会退出这个函数（操作符）。此时，至少有一个成员数据没有正确修改，而其他的则全部或部分地发生改变。于是，一部分成员数据是新 的，另一部分是旧的，甚至还有一些是不完全的。这在软件中往往会引发很多令人苦恼的bug。无论如何，此时应当运用强异常保证，使得数据要么是新的值，要 么没有改变。那么如何获得强异常保证？在swap()的帮助下，惊人的简单：
class CountStr { public: ... CountStr& operator=(CountStr& val) { swap(CountStr(val)); // 或者CountStr(val).swap(*this); raturn *this; } ... }那么抛出异常的情况又是怎样的呢？
先来看看operator=里执行了哪些步骤，并考察这些步骤的异常抛掷的情况。如果将代码改写成另一个等价的形式，就很容易理解了：
CountStr& operator=(CountStr& val) { CountStr t_(val); //此处可能抛出异常，但只有t_的值发生变化 t_.swap(*this); //由于swap拥有无抛掷保证，所以不会抛出异常 return *this； }在C#中，实现swap非常容易，甚至比C++更容易。因为在C#中，大部分对象都在堆上，代码中定义的所谓对象实际上是引用。对于引用的赋值操作是无抛掷的，因此在C#中可以采用同C++几乎一样的代码实现swap：
class CountStr { public CountStr(string val) { m_str=val; m_nLetter=0; m_nNumber=0; do_count(val); } public CountStr(CountStr cs) { m_str=new string(cs.m_str); m_counts=new Dictionary<char, int>(cs.m_counts); m_nLetter=cs.m_nLetter; m_nNumber=cs.m_nNumber } public void swap(CountStr& cs) { utility.swap(ref m_str, ref cs.m_str); utility.swap(ref m_counts, ref cs.m_counts); utility.swap(ref m_nLetter, ref cs.m_nLetter); utility.swap(ref m_nNumber, ref cs.m_nNumber); } public void copy(CountStr& cs) { this.swap(new CountStr(cs)); } private string m_str; private Dictionary<char, int> m_counts; private int m_nLetter; private int m_nNumber; } class utility { public static void swap<T>(ref T lhs, ref T rhs) { T t_=lhs; lhs=rhs; rhs=t_; } } public void copy(CountStr& cs) { using(CountStr t_=new CountStr(cs)) { t_.swap(this); } }swap的基本作用是维持强异常保证语义。但是，作为一种基础性的技术，它还可以拥有更多的用途。下面介绍几种主要的应用，为了节省篇幅，案例直接使用C#，不再给出C++的代码。
在我们的开发过程中，有时需要是一些对象复位，即回复对象的初始状态。一般情况下，我们会在类中增加一个reset()之类的成员，在这个函数中释放资源，恢复各成员数据的初值。但是，在拥有swap的情况下，这种操作变得非常容易：
class X { public X() { ... //初始化对象 } public X(int v) { ... //以v初始化对象 } public void swap(X val) {...} public void reset() { this.swap(new X()); } ... } class X { ... public void reset(int v) { this.swap(new X(v)); } ... } X x=new X(); ... //对x的操作，改变了内容 x.swap(new X()); //复位了 class X : IDisposable { ... public void reset() { using(X t=new X()) { this.swap(t); } } public void Dispose() {...} ... }有时，我们会做一些类，在构造函数中执行一些复杂的操作，比如解析一个文本文件，然后向外公布解析后的结果。之后，我们需要在这个对象上load另一个文 件，那么通常都写一个load成员函数，先释放掉原先占用的资源，然后再加载新的文件。如果有了swap，那么这个load函数同样极其简单：
class Y : IDisposable { public Y(string filename) { ... //打开文件，执行解析 } public void swap(Y val) {...} public load(string filename) { using(Y t=new Y(filename)) { this.swap(t); } } public void Dispose() { ... //关闭文件，释放资源 } } class Z { public Z(int a, float b) { m_a=a; m_b=b; } public void swap(Z val) {...} public int a { get{return m_a;}} public float b { get{return m_b;}} private int m_a; private float m_b; } Z z=new Z(3, 4.5); z.swap(new Z(5, 5.4)); //z的值已修改有些类，构造函数需要一些数据初始化对象，并且会创建的过程中会验证其有效性，和执行一些计算。也就是构造函数存在一定的数据逻辑。如果需要修改对象的某 些值，会牵涉到相应的复杂数据逻辑。通常都是把这些逻辑独立在private成员函数中，由构造函数和数据修改操作共享。这样的做法往往不能带来强异常保 证，在构造函数里的数据验证往往会抛出异常。因此，如果使用swap，便可以消除这类问题，并且使代码简化：
class A { public A(int a, string b, Rectangle c) { ... //数据逻辑、计算等 } public int a { set{ this.swap(new A(value, m_b, m_c));} } public string b { set{ this.swap(new A(m_a, value, m_c));} } public Rectangle c { set{ this.swap(new A(m_a, m_b, value));} } ... } A a=new A(2, "zzz", Rectangle(1,1, 10,10)); a.swap(new A(3, "zzz", Rectangle(1,1, 10,10)));所有这些与对象状态设置有关的swap用法，都集中表现了一个特性，即使得我们可以将对象的初始化代码集中在构造函数中，数据和资源清理的代码集中在 Dispose()中。这种做法可以大大提高代码的可维护性。如果一个软件项目中，每个类都实现swap和复制构造函数（除非该类不允许复制），并尽可能 集中数据逻辑代码，那么会使得代码质量有答复的提高。
在上一篇《C++的营养——RAII》中，我提到守卫一个结构复杂的类：在代码中修改一个对象，然后再回复原来的状态。如果单纯手工地保存对象数据，通常 很困难（有时甚至是不可能的），而且也难以维持异常安全性（强异常保证）。但是如果使用了swap，那么将会易如反掌：
void ScopeObject(MyCls obj) { using(MyCls t_=new MyCls(obj)) { ... //操作obj，改变其状态或数据 obj.swap(t_); //恢复原来的状态 } }作为更进一步的发展，可以构造一个ISwapable泛型接口：
interface ISwapable<T> { void swap(T v); } class B : ISwapable<B> { public B() {...} public void swap(B v) {...} ... } class utility { public static void reset<T>(T obj) where T : ISwapable where T : new() { obj.swap(new T()); } } X x; Y y; utility.reset(x); utility.reset(y); ...或许swap手法非常基础，非常细小，而且很多人不用swap也过来了。但是，聚沙成塔，每一处细小的优化，积累起来则是巨大的进步。还是刘皇叔说得好：“勿以善小而不为，勿以恶小而为之”。
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