C++中std::exchange怎么交换数值_C++在实现移动构造函数中的应用【模板】

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std::exchange的核心作用是“取出旧值并设新值”,即原子性返回对象当前值并将其替换为指定新值,不涉及两变量对称交换;它在移动构造中用于安全转移资源并置源为有效空状态。

C++中std::exchange怎么交换数值_C++在实现移动构造函数中的应用【模板】

std::exchange 的核心作用不是“交换”,而是“取出旧值并设新值”

std::exchange 本质是原子性地完成两件事:返回当前对象的值,并将其替换为指定新值。它不涉及两个变量之间的对称交换(那是 std::swap 的事),而是一个“取-赋”操作。这在移动语义中特别有用——比如你想把一个成员变量的资源“掏出来”,同时让它进入有效但空的状态。

常见错误是把它当 std::swap(a, b) 用:
std::exchange(a, b) 并不会让 b 变成原来的 a;它只是把 a 的旧值返回,然后把 a 设为 b 的副本(或移动),b 完全不变。

在移动构造函数里用 std::exchange 搬运成员资源

典型场景:类持有唯一资源(如 std::unique_ptr、动态数组指针、文件句柄等),移动构造时需把源对象的资源“转移”过来,并确保源对象处于可析构状态。

  • std::exchange 能简洁实现“取走资源 + 留下空壳”,比手写 ptr = other.ptr; other.ptr = nullptr; 更安全、更泛化
  • 它自动适配左值/右值:对 std::unique_ptr 会触发移动赋值,对内置类型则是拷贝赋值
  • 注意:必须确保被 exchange 的成员支持移动赋值(即其类型有可用的移动赋值运算符

示例:

struct Buffer {     std::unique_ptr data;     size_t size;      Buffer(Buffer&& other) noexcept         : data(std::exchange(other.data, nullptr))         , size(std::exchange(other.size, 0)) {} };

这里 other.data 被置为 nullptrother.size 被置为 0,既满足移动后有效性要求,又避免重复释放。

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std::exchange 和 std::move + 赋值的区别在哪

表面上看,std::exchange(x, y){ auto old = std::move(x); x = std::move(y); return old; },但关键差异在于异常安全性与语义明确性:

  • std::exchange 是单个标准库调用,语义清晰:我要“换出旧值,填入新值”
  • 手动写 std::move + 赋值可能因赋值操作抛异常导致状态不一致(比如 x 已被 move,但 x = ... 失败);而 std::exchange 对于无异常移动赋值的类型(如 std::unique_ptr)能保证强异常安全
  • 对 trivial 类型(如 int),std::exchange 编译器通常能优化成一条 mov 指令,无额外开销

容易踩的坑:类型不匹配、误用 const 对象、忽略返回值

几个高频翻车点:

  • const 成员或临时对象调用 std::exchange:编译失败,因为它的第一个参数是 T&,必须是可修改的左值
  • std::exchange(a, b) 当作“交换 a 和 b”,结果发现 b 根本没变 —— 记住:它只动第一个参数
  • 忽略返回值却依赖旧状态:比如 auto ptr = std::exchange(p, nullptr); delete ptr; 是 OK 的;但若漏掉 auto ptr =,直接 delete std::exchange(p, nullptr); 就可能 double-delete 或访问空指针(取决于 p 原值)
  • 模板推导陷阱:如果传入 std::exchange(x, 42),且 xlong long,则 42 会被推导为 int,触发隐式转换;建议显式写 std::exchange(x, 42LL) 或用 decltype(x)(42)

最常被忽略的一点:它不负责资源生命周期管理,只负责值搬运。你仍需确保移动后的源对象析构时不会误释放已转出的资源 —— 这正是为什么你要配合 nullptr0std::nullopt 等“空状态”一起使用。

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