Copy-and-swap

Идиома copy-and-swap — это идиома языка программирования C++, позволяющая разрабатывать устойчивые к исключениям операторы присваивания.

Идиома базируется на идиоме «Получение ресурса есть инициализация».

Идиома предполагает реализацию следующих функций-членов класса:

• конструктора копирования;
• оператора присваивания;
• метода swap, не генерирующего исключения и принимающего ссылку на объект класса.

Пример:

class Copyable { public: Copyable& operator=(const Copyable &_v) { Copyable tmp(_v); this->swap(tmp); return *this; } void swap(Copyable &_v) noexcept; };

Устойчивость к исключениям заключается в том, что в операторе присваивания Copyable& operator=(const Copyable &) нет точки, где генерация исключения могла бы привести к утечке памяти.

Оператор присваивания сначала пытается захватить ресурс «временная копия присваиваемого объекта» (tmp) и в случае успеха меняет его содержимое с содержимым текущего объекта (this). Поскольку метод swap объявлен как не генерирующий исключения (noexcept), единственной точкой, где может возникнуть исключение, является копирование объекта _v. Если копирование не удается, то управление не доходит до метода swap, в противном случае деструктор объекта tmp освобождает ресурсы, прежде принадлежавшие текущему объекту (this) (см. идиому RAII).

Приведённая выше реализация также устойчива к присваиваниям объекта самому себе (a=a), однако содержит издержки, связанные с тем, что временная копия в этом случае тоже будет создаваться. Исключить издержки можно дополнительной проверкой:

class Copyable { public: Copyable& operator=(const Copyable &_v) { if(this != &_v) Copyable(_v).swap(*this); return *this; } void swap(Copyable &_v) noexcept; };

Многие контейнеры и алгоритмы стандартной библиотеки C++ и библиотеки STL предполагают наличие устойчивого к исключениям оператора присваивания, но без использования идиомы copy-and-swap иногда довольно сложно реализовать такой оператор присваивания для классов, содержащих, например, указатели на экземпляры других классов.

Другие операции

Имея функцию-член swap, не генерирующую исключений, можно применять подобную технику, чтобы сделать любую операцию над объектом строгой в отношении к гарантиям безопасности исключений (strong exception-safe guarantee).

Для этого сначала делают копию существующего объекта, выполняют над копией необходимые модификации, а потом меняют *this и временный объект.

• если исключение генерирует конструктор копирования, то исходный объект не модифицируется и строгая гарантия безопасности исключений выполняется;
• если исключение генерируется при изменении временного объекта, то у временного объекта вызовется деструктор и гарантия тоже будет выполнена поскольку исходный объект модифицирован не был;
• если изменение временного объекта успешно отработало, то срабатывает swap и деструктор временного объекта, не генерирующие исключений.