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C++11右值引用与移动构造函数  std::move

分类: IT文章 • 2022-06-13 16:50:36

C++11标准新特性

右值引用(Rvalue Reference)是C++11标准引入的特性，它实现了转移语义和精确传递，主要的作用有2个方面：

  1. 消除两个对象交互时不必要的对象拷贝，节省运算存储资源，提高效率；
  2. 能够更简洁明确地定义泛型函数；

左值引用和右值引用

首先区分什么是左值引用和右值引用，简单的定义：

  • 左值引用：就是命名对象，非临时对象，可以在多条代码中使用的对象；我们通常的变量都是左值；
  • 右值引用：就指非命名对象，临时对象，脱离当前代码语句就无法被引用；比如 函数的返回值；

从左值和右值的定义可以得到，左值引用的对象创建后在代码其他地方会被多次使用，其资源的生命周期较长。而右值引用的对象是临时的，通常用来初始化另一个对象；临时对象创建后很快就会被销毁，其创建-销毁造成了一次资源浪费。既然临时对象将永远不会在其他地方被使用，实际上使用临时对象的资源来初始化另一个对象并不需要一次Copy；更高效的做法将临时对象的资源转移(Move)到另一个命名对象，避免资源的Copy和浪费。

左值和右值的语法符号

C++11中左值的声明符号为&，右值的声明符号为&&。

#include <iostream>
#include <utility>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;
void print_value(int& i) {
    cout<< "left_value called: "<<i<<endl;
}
void print_value(int&& i) {
    cout<< "right_value called: "<<i<<endl;
}
void print_value_2(int&& i) {
    cout<< "right_value called: "<<i<<endl;
}

int main() {
    int a=0;
    print_value(a);
    print_value(1);
    print_value_2(a);
}
root@ubuntu:~/c++#  g++ -std=c++11 move.c  -o move
move.c: In function ‘int main()’:
move.c:20:20: error: cannot bind ‘int’ lvalue to ‘int&&’
     print_value_2(a);
                    ^
move.c:12:6: note:   initializing argument 1 of ‘void print_value_2(int&&)’
 void print_value_2(int&& i) {
#include <iostream>
#include <utility>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;
void print_value(int& i) {
    cout<< "left_value called: "<<i<<endl;
}
void print_value(int&& i) {
    cout<< "right_value called: "<<i<<endl;
}
void print_value_2(int&& i) {
    cout<< "right_value called: "<<i<<endl;
}

int main() {
    int a=0;
    print_value(a);
    print_value(1);
    //print_value_2(a);
}
root@ubuntu:~/c++# ./move
left_value called: 0
right_value called: 1
root@ubuntu:~/c++#

print_value函数被重载，分别接受左值和右值。a是命名对象，作为左值处理；而1是临时对象，作为右值处理。

#include <iostream>
#include <utility>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;
void print_value(int& i) {
    cout<< "left_value called: "<<i<<endl;
}
void print_value(int&& i) {
    cout<< "right_value called: "<<i<<endl;
}
void print_value_2(int&& i) {
    cout<< "right_value called: "<<i<<endl;
}

int main() {
    int a=0;
    print_value(a);
    print_value(1);
    print_value_2(move(a));
}
root@ubuntu:~/c++# g++ -std=c++11  move.c -o move
root@ubuntu:~/c++# ./move
left_value called: 0
right_value called: 1
right_value called: 0
root@ubuntu:~/c++#

转移语义

右值引用的主要目的是支持转移语义。转移语义可以将资源从一个对象转移到另一个对象，这样能够减少不必要的临时对象的创建、拷贝及销毁，能够大幅度提升C++的性能。临时对象的维护对性能有严重影响。

在C++中，对象的拷贝通过定义拷贝构造函数和拷贝赋值操作符实现。要实现转移语义，需要定义移动构造函数和移动赋值操作符。

转移构造函数和转移赋值操作符

首先直观的来看下各种构造函数的调用情况。假设我们已经实现了类MyClass：

MyClass fn();        // 返回MyClass对象的函数
MyClass foo;        // 调用默认的构造函数
MyClass bar = foo;    // 调用Copy构造函数
MyClass baz = fn();    // 调用Move构造函数
foo = bar;            // 调用Copy赋值操作符
baz = MyClass();    // 调用Move赋值操作符

函数fn返回的对象和MyClass()构造的对象都是非命名临时对象，这种情况下没有必要作Copy，将其资源转移到命名对象更高效；所以移动构造函数和移动赋值操作符被调用。

Move构造函数和Move赋值操作符接受自身类对象的右值引用作为参数，其定义如下：

MyClass (MyClass&&);            //Move Constructor
MyClass& operator= (MyClass&&);    //Move Assignment

示例程序如下：

 //std::move(a); 
#include <iostream>
#include <utility>
#include <vector>
#include <string>
#include <string.h>
using namespace std;
class MyString {
private:
 char* _data;
 size_t   _len;
 void _init_data(const char *s) {
   _data = new char[_len+1];
   memcpy(_data, s, _len);
   _data[_len] = '

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