swap 是一个有趣的函数。最早作为 STL 的一部分被引入，后来它成为异常安全编程（exception-safe programming）的支柱和压制自赋值可能性的通用机制。因为 swap 太有用了，所以正确地实现它非常重要，但是伴随它的不同寻常的重要性而来的，是一系列不同寻常的复杂性。在本文中，我们就来研究一下这些复杂性究竟是什么样的以及如何对付它们。
交换两个对象的值就是互相把自己的值送给对方。缺省情况下，通过标准的交换算法来实现交换是非常成熟的技术。典型的实现完全符合你的预期：
| namespace std {
template<typename T> // typical implementation of std::swap;
void swap(T& a, T& b) // swaps a’s and b’s values
{
T temp(a);
a = b;
b = temp;
}
} |
只要你的类型支持拷贝（通过拷贝构造函数和拷贝赋值运算符），缺省的 swap 实现就能交换你的类型的对象，而不需要你做任何特别的支持工作。
可是，缺省的 swap 实现可能不那么酷。它涉及三个对象的拷贝：从 a 到 temp，从 b 到 a，以及从 temp 到 b.对一些类型来说，这些副本全是不必要的。对于这样的类型，缺省的 swap 就好像让你坐着快车驶入小巷。
这样的类型中最重要的就是那些主要由一个指针组成的类型，那个指针指向包含真正数据的另一种类型。这种设计方法的一种常见的表现形式是 "pimpl idiom"（"pointer to implementation"）。一个使用了这种设计的 Widget 类可能就像这样：
class WidgetImpl {
// class for Widget data;
public: // details are unimportant
...
private:
int a, b, c; // possibly lots of data -
std::vector<double> v; // expensive to copy!
...
}; class Widget {
// class using the pimpl idiom
public:
Widget(const Widget& rhs); Widget& operator=(const Widget& rhs) // to copy a Widget, copy its
{
// WidgetImpl object. For
... // details on implementing
*pImpl = *(rhs.pImpl); // operator= in general,
... // see Items 10, 11, and 12.
}
... private:
WidgetImpl *pImpl; // ptr to object with this
}; // Widget’s data |
为了交换这两个 Widget 对象的值，我们实际要做的就是交换它们的 pImpl 指针，但是缺省的交换算法没有办法知道这些。它不仅要拷贝三个 Widgets，而且还有三个 WidgetImpl 对象，效率太低了。一点都不酷。
当交换 Widgets 的是时候，我们应该告诉 std：：swap 我们打算做什么，执行交换的方法就是交换它们内部的 pImpl 指针。这种方法的正规说法是：针对 Widget 特化 std：：swap（specialize std：：swap for Widget）。下面是一个基本的想法，虽然在这种形式下它还不能通过编译：
| namespace std {
template<> // this is a specialized version
void swap<Widget>(Widget& a, // of std::swap for when T is
Widget& b) // Widget; this won’t compile
{
swap(a.pImpl, b.pImpl); // to swap Widgets, just swap
} // their pImpl pointers
} |
这个函数开头的 "template<>" 表明这是一个针对 std：：swap 的完全模板特化（total template specialization）（某些书中称为“full template specialization”或“complete template specialization”——译者注），函数名后面的 "<Widget>" 表明特化是在 T 为 Widget 类型时发生的。换句话说，当通用的 swap 模板用于 Widgets 时，就应该使用这个实现。通常，我们改变 std namespace 中的内容是不被允许的，但允许为我们自己创建的类型（就像 Widget）完全特化标准模板（就像 swap）。这就是我们现在在这里做的事情。
可是，就像我说的，这个函数还不能编译。那是因为它试图访问 a 和 b 内部的 pImpl 指针，而它们是 private 的。我们可以将我们的特化声明为友元，但是惯例是不同的：让 Widget 声明一个名为 swap 的 public 成员函数去做实际的交换，然后特化 std：：swap 去调用那个成员函数：
class Widget { // same as above, except for the
public: // addition of the swap mem func
...
void swap(Widget& other)
{
using std::swap; // the need for this declaration
// is explained later in this Item
swap(pImpl, other.pImpl); // to swap Widgets, swap their
} // pImpl pointers
...
}; namespace std { template<> // revised specialization of
void swap<Widget>(Widget& a, // std::swap
Widget& b)
{
a.swap(b); // to swap Widgets, call their
} // swap member function
} |
这个不仅能够编译，而且和 STL 容器保持一致，所有 STL 容器都既提供了 public swap 成员函数，又提供了 std：：swap 的特化来调用这些成员函数。
可是，假设 Widget 和 WidgetImpl 是类模板，而不是类，或许因此我们可以参数化存储在 WidgetImpl 中的数据类型：
template<typename T>
class WidgetImpl { ... };
template<typename T>
class Widget { ... }; |
在 Widget 中加入一个 swap 成员函数（如果我们需要，在 WidgetImpl 中也加一个）就像以前一样容易，但我们特化 std：：swap 时会遇到麻烦。这就是我们要写的代码：
namespace std {
template<typename T>
void swap<Widget<T> >(Widget<T>& a, // error! illegal code!
Widget<T>& b)
{ a.swap(b); }
} |
