关于根据移动赋值和移动构造函数实现 std::swap

Question

这是std::swap的可能定义：

template<class T>
void swap(T& a, T& b) {
  T tmp(std::move(a));
  a = std::move(b);
  b = std::move(tmp);
}

我相信

1. std::swap(v,v)保证没有效果并且
2. std::swap可以如上实现。

以下引述在我看来暗示这些信念是矛盾的。

17.6.4.9 函数参数 [res.on.arguments]

1 以下各项适用于 C++ 标准库中定义的函数的所有参数，除非另有明确说明。

...

• 如果函数参数绑定到右值引用参数，实现可能会假定此参数是对该参数的唯一引用。 [ 注意：如果参数是 T&& 形式的泛型参数并且绑定了类型 A 的左值，则参数绑定到左值引用 (14.8.2.1)，因此不在上一句中。 — 尾注] [ 注意：如果程序在将左值传递给库函数时将左值强制转换为 xvalue（例如，通过使用参数 move(x) 调用函数），程序实际上是在要求该函数处理该左值作为临时。 该实现可以自由优化别名检查，如果参数是左值，则可能需要进行别名检查。 ——尾注]

（感谢Howard Hinnant 提供报价）

设v是从标准模板库中获取的某种可移动类型的对象，并考虑调用std::swap(v, v) 。 在行a = std::move(b); 在上面， T::operator=(T&& t)内部的情况是this == &b ，因此参数不是唯一引用。 这违反了上述要求，因此当从std::swap(v, v)调用时，行a = std::move(b)调用未定义的行为。

这里的解释是什么？

Answer 1

[res.on.arguments] 是关于客户端应如何使用 std::lib 的声明。 当客户端向 std::lib 函数发送一个 xvalue 时，客户端必须愿意假装 xvalue 实际上是一个纯右值，并期望 std::lib 能够利用它。

然而，当客户端调用 std::swap(x, x) 时，客户端不会将 xvalue 发送到 std::lib 函数。 相反，是实现这样做了。 因此，使 std::swap(x, x) 工作的责任在于实现。

话虽这么说，std 已经给了实现者一个保证：X 应该满足MoveAssignable 。 即使处于移出状态，客户端也必须确保 X 是 MoveAssignable。 此外， std::swap的实现并不真正关心自我移动赋值的作用，只要它不是 XIe 的未定义行为，只要它不崩溃即可。

a = std::move(b);

当 &a == &b 时，此赋值的源和目标都有一个未指定（移出）的值。 这可以是空操作，也可以做其他事情。 只要它不崩溃，std::swap 就会正常工作。 这是因为在下一行中：

b = std::move(tmp);

从上一行进入a的任何值都将从tmp中获得一个新值。 tmp的原始值为a 。 所以除了消耗大量的 cpu 周期之外， swap(a, a)是一个空操作。

更新

最新的工作草案 N4618已被修改为明确指出在MoveAssignable要求表达式中：

t = rv

（其中rv是一个右值），如果t和rv不引用同一个对象，则t只需要是赋值前rv的等效值。 无论如何， rv的状态在赋值后是未指定的。 还有一个附加说明需要进一步说明：

rv必须仍然满足使用它的库组件的要求，无论t和rv是否引用同一个对象。

Answer 2

然后表达式a = std::move(b); 被执行时，对象已经是空的，处于只有销毁定义明确的状态。 这实际上是一个空操作，因为左侧和右侧的对象已经是空的。 移动后对象的状态仍然未知但可以破坏。 下一条语句将内容从tmp移回并将对象设置回已知状态。

Answer 3

我同意你的分析，事实上 libstdc++ 调试模式有一个断言会在标准容器的自交换时触发：

#include <vector>
#include <utility>

struct S {
  std::vector<int> v;
};

int main()
{
  S s;
  std::swap(s, s);
}

包装器类型S是必需的，因为交换向量直接使用调用vector::swap()的特化，因此不使用通用的std::swap ，但S将使用通用的，并且在编译为 C++11 时这将导致矢量成员的自我移动分配，这将中止：

/home/toor/gcc/4.8.2/include/c++/4.8.2/debug/vector:159:error: PST.

Objects involved in the operation:
sequence "this" @ 0x0x7fffe8fecc00 {
  type = NSt7__debug6vectorIiSaIiEEE;
}
Aborted (core dumped)

（我不知道“PST”在那里应该是什么意思。我认为我测试过的安装有问题。）

我相信 GCC 在这里的行为是符合标准的，因为标准说实现可以假设自移动赋值永远不会发生，因此断言在有效程序中永远不会失败。

然而，我同意 Howard 的观点，这需要工作（并且可以在没有太多麻烦的情况下工作——对于 libstdc++，我们只需要删除调试模式断言，），所以我们需要修复标准，为自我移动。 或者至少自我交换，一段时间以来我一直承诺要写一篇关于这个问题的论文。 但还没有这样做。

我相信，既然在这里写了他的回答，霍华德现在同意标准中当前的措辞存在问题，我们需要修复它以禁止 libstdc++ 做出失败的断言。

Answer 4

我认为这不是std::swap的有效定义，因为std::swap被定义为采用左值引用，而不是右值引用（20.2.2 [utility.swap]）

Answer 5

我的理解是这个问题直到最近才被考虑，所以 C++20 标准中的现有措辞并没有真正解决它。

C++23 工作草案 N4885 在[lib.types.movedfrom]/2包含库工作组问题 2839 决议：

C++ 标准库中定义的类型的对象可以移动分配 (11.4.6 [class.copy.assign]) 到自身。 除非另有说明，否则此类分配会将对象置于有效但未指定的状态。

这使得std::swap对标准库类型完全有效。