Идиома copy-and-swap

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

Идиома базируется на идиоме Resource Acquisition Is Initialization.

Идиома предполагает реализацию следующих функций-членов класса:

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

Пример:

<source lang="cpp">class Copyable { public:

  Copyable& operator=(const Copyable &_v) {
     Copyable tmp(_v);
     this->swap(tmp);
     return *this;
  }

  void swap(Copyable &_v) throw();

};</source>

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 небросающий исключения (throw()), 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 так же 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:

<source lang="cpp">class Copyable { public:

  Copyable& operator=(const Copyable &_v) {
     if(this != &_v)
         Copyable(_v).swap(*this);
     return *this;
  }

  void swap(Copyable &_v) throw();

};</source>

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 бросающую 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 бросает конструктор копирования, то исходный объект не модифицируется и строгая гарантия безопасности исключений выполняется;
• если исключение бросается 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 бросающие исключений.

См. также

• Идиома Resource Acquisition Is Initialization
• Идиома noncopyable
• C++