在对复制和交换习惯用语的漂亮回答中,有一段代码我需要一些帮助:

class dumb_array
{
public:
    // ...
    friend void swap(dumb_array& first, dumb_array& second) // nothrow
    {
        using std::swap; 
        swap(first.mSize, second.mSize); 
        swap(first.mArray, second.mArray);
    }
    // ...
};

他又加了一句

还有其他主张,我们应该专门为我们的类型std::swap,提供类内交换以及自由函数交换等等。但这都是不必要的:任何正确的swap使用都将通过一个不合格的调用,并且我们的函数将通过ADL找到。一个函数就可以了。

我必须承认,和朋友在一起我有点“不友好”。所以,我的主要问题是:

看起来像一个自由函数,但它在类体? 为什么这个交换不是静态的?它显然没有使用任何成员变量。 "任何正确使用交换都会通过ADL找到交换"?ADL会搜索名称空间,对吧?但是它也可以查看类内部吗?或者这就是朋友的用武之地?

Side-questions:

在c++ 11中,我应该用noexcept标记我的交换吗? 与c++ 11和它的范围-for,我应该把朋友iter开始()和朋友iter结束()相同的方式在类?我觉得这里不需要朋友,对吧?


当前回答

这段代码相当于(在几乎所有方面):

class dumb_array
{
public:
    // ...
    friend void swap(dumb_array& first, dumb_array& second);
    // ...
};

inline void swap(dumb_array& first, dumb_array& second) // nothrow
{
    using std::swap; 
    swap(first.mSize, second.mSize); 
    swap(first.mArray, second.mArray);
}

在类中定义的友元函数是:

放置在封闭的名称空间中 自动内联 无需进一步限定就可以引用类的静态成员

确切的规则在[class.friend]部分(我引用c++ 0x草案的第6段和第7段):

函数可以在类的友元声明中定义,当且仅当类是非局部类(9.8),函数名是限定的,并且函数具有命名空间作用域。 这样的函数是隐式内联的。类中定义的友元函数在定义它的类的(词法)作用域中。在类外部定义的友元函数则不是。

其他回答

这段代码相当于(在几乎所有方面):

class dumb_array
{
public:
    // ...
    friend void swap(dumb_array& first, dumb_array& second);
    // ...
};

inline void swap(dumb_array& first, dumb_array& second) // nothrow
{
    using std::swap; 
    swap(first.mSize, second.mSize); 
    swap(first.mArray, second.mArray);
}

在类中定义的友元函数是:

放置在封闭的名称空间中 自动内联 无需进一步限定就可以引用类的静态成员

确切的规则在[class.friend]部分(我引用c++ 0x草案的第6段和第7段):

函数可以在类的友元声明中定义,当且仅当类是非局部类(9.8),函数名是限定的,并且函数具有命名空间作用域。 这样的函数是隐式内联的。类中定义的友元函数在定义它的类的(词法)作用域中。在类外部定义的友元函数则不是。

有几种编写swap的方法,有些比其他的更好。不过,随着时间的推移,人们发现单一的定义效果最好。让我们考虑一下如何编写swap函数。


我们首先看到std::vector<>这样的容器有一个单参数成员函数swap,例如:

struct vector
{
    void swap(vector&) { /* swap members */ }
};

当然,我们的班级也应该如此,对吧?其实不是。标准库中有各种不必要的东西,成员交换就是其中之一。为什么?让我们继续。


我们应该做的是确定什么是规范的,以及我们的类需要做什么来处理它。交换的规范方法是std::swap。这就是为什么成员函数没有用处:一般来说,它们不是我们交换东西的方式,并且对std::swap的行为没有任何影响。

那么,为了使std::swap工作,我们应该提供(std::vector<>应该已经提供)std::swap的专门化,对吗?

namespace std
{
    template <> // important! specialization in std is OK, overloading is UB
    void swap(myclass&, myclass&)
    {
        // swap
    }
}

在这种情况下,这当然是可行的,但它有一个明显的问题:函数特殊化不能是局部的。也就是说,我们不能用这个来专门化模板类,只能用特定的实例化:

namespace std
{
    template <typename T>
    void swap<T>(myclass<T>&, myclass<T>&) // error! no partial specialization
    {
        // swap
    }
}

这种方法有时有效,但并非总是有效。一定有更好的办法。


有!我们可以使用好友函数,通过ADL找到它:

namespace xyz
{
    struct myclass
    {
        friend void swap(myclass&, myclass&);
    };
}

当我们想要交换一些东西时,我们关联†std::swap,然后进行一个非限定调用:

using std::swap; // allow use of std::swap...
swap(x, y); // ...but select overloads, first

// that is, if swap(x, y) finds a better match, via ADL, it
// will use that instead; otherwise it falls back to std::swap

什么是好友功能?在这个领域存在着困惑。

在c++标准化之前,友元函数做了一些叫做“友元名称注入”的事情,代码表现得就好像函数是在周围的命名空间中编写的一样。例如,这些都是等效的前置标准:

struct foo
{
    friend void bar()
    {
        // baz
    }
};

// turned into, pre-standard:    

struct foo
{
    friend void bar();
};

void bar()
{
    // baz
}

然而,当ADL被发明时,这被删除了。好友功能只能通过ADL找到;如果您希望它是一个自由函数,则需要将其声明为自由函数(例如,请参阅下面的示例)。但瞧!有个问题。

如果你只是使用std::swap(x, y),你的重载将永远不会被发现,因为你已经明确地说了“在std中查找,而没有其他地方”!这就是为什么有些人建议写两个函数:一个是通过ADL找到的函数,另一个是处理明确的std:: qualitions。

但正如我们所看到的,这并不是在所有情况下都有效,我们最终会得到一个丑陋的烂摊子。相反,习惯交换走了另一条路:不是让类的工作是提供std::swap,而是让交换者的工作是确保他们不使用合格的交换,就像上面那样。只要人们知道它,这种方法就会很有效。但问题就在这里:需要使用一个不合格的调用是不直观的!

为了简化这一点,一些库(如Boost)提供了Boost::swap函数,该函数只对swap进行非限定调用,并将std::swap作为关联的名称空间。这有助于使事情再次简洁,但它仍然是一个遗憾。

注意,c++ 11中std::swap的行为并没有改变,我和其他人错误地认为情况会是这样。如果你被这个咬了,请阅读这里。


简而言之:成员函数只是噪音,专门化是丑陋和不完整的,但朋友函数是完整的和工作的。交换时,要么使用boost::swap,要么使用与std::swap相关的非限定交换。


†非正式地说,如果一个名称将在函数调用期间被考虑,则该名称是关联的。详情请参见§3.4.2。在这种情况下,std::swap通常不被考虑;但是我们可以关联它(将它添加到非限定交换所考虑的重载集),从而允许找到它。