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C++ 11 右值引用以及std::move(一)
2015-11-21 00:58:06 来源: 作者: 【 】 浏览:2
Tags:引用 以及 std::move

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新类型:

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int和int&是什么?都是类型。int是整数类型,int&则是整数引用类型。同样int&&也是一个类型。两个引号&&是C++ 11提出的一个新的引用类型。记住,这是一个新的类型。默念10次吧。如果你记住这个新类型,那么很多疑问都能迎刃而解。并且对《Effective Modern C++》说到的void f(Widget&& w),就很容易明白w是新类型的一个值,肯定是一个左值而不是右值,自然就不用去翻第二页了。

出现了新类型,就像定义一个新类一样,自然有两件事接着要做:如何初始化、函数匹配(根据参数类型匹配函数)。先看后者。

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void fun(int &a)
{
    cout<
  
   

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main函数中的fun(a)会匹配第一个fun函数。因为第二个fun的参数是int右值引用,不能匹配一个左值。值得注意的是,虽然第二个fun函数的a的类型是右值引用类型,但它却是一个左值,因为它是某一个类型变量嘛。

那要怎么做才能使得b匹配第二个fun函数呢?强制类型转换,把b强制转换成右值引用类型,也就是使用static_cast (b)。此时,自然就会匹配第二个fun函数了。

在C++ 11中,static_cast 有一个高大上的替代物std::move。其实,高大上的std::move做的事情和前面说的差不多,强制类型转换使得匹配特定的函数而已。

右值引用和std::move引以自豪的高效率又是怎么实现的呢?本文从经典的拷贝构造函数说起,但例子却不经典。

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class Test
{
public:
    Test() : p(nullptr) {}
    ~Test() { delete [] p; }

    Test(Test &t) : p(t.p)//注意这个拷贝构造函数的参数没有const
    {
        t.p = nullptr;//不然会在析构函数中,delete两次p
    }

private:
    char *p;
};

int main()
{
    Test a;
    Test b(a);
    return 0;
}

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注意这个拷贝构造函数的参数没有const。

读者们,你们会觉得上面那个Test在拷贝构造函数不高效吗?几乎是没有任何效率上的负担啊。类似,也能写一个高效的赋值函数。

但是,一般来说我们的拷贝构造函数的参数都是有const的。有const意味着不能修改参数t,上面的代码也可以看到:将t.p赋值nullptr是必须的。因为t.p不能修改,所以不得不进行深复制,不然将出现经典的浅复制问题。不用说,有const的拷贝构造函数更适合一些,毕竟我们需要从一个const对象中复制一份。

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移动构造:

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性能的救赎:

在C++ 11之前,我们只能眼睁睁看着重量级的类只能调用有const的拷贝构造函数,复制一个重量级对象。在C++ 11里面加入了一个新类型右值引用,那能不能用这个右值引用类型作为构造函数的参数呢?当然可以啦。毕竟类的构造函数参数没有什么特别的要求。习惯上,我们会称这样的构造函数为移动(move)构造函数,对应的赋值操作则称为移动(move)赋值函数。他们的代码也很简单,如下:

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class Test
{
public:
    Test() : p(nullptr)
    {
        cout<
    
     

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协助完成移动构造:

有了move构造函数和move赋值函数,下一步是协助完成移动构造/移动赋值,包括程序员和编译器。如果不协助的话,可能调用的是copy构造函数而不是move构造函数。从前文也可以看到,协助完成移动构造/移动赋值,其实也就是使得在函数调用时能匹配参数为右值引用的函数。码农能做的就是强制将一个不需要了的对象调用std::move。如下面代码:

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int main()
{
	Test a;
	Test b = std::move(a);//调用move构造函数
	Test c = a;//调用copy构造函数
	return 0;
}

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虽然上面的代码在构造b的时候调用了移动构造,但明显上面代码一点都不正常,为什么不直接构造b呢?完全用不着move构造啊。此时可能有读者会想到这样一个用途:我们可以为一个临时对象加上std::move啊,比如operator + 的返回值。实际上这是画蛇添足的。因为编译器会为这个临时对象当作右值(准确说应该是:将亡值),当然也就自动能使用移动构造了。

难道移动构造是屠龙之技?不是的。移动构造的一大优点是可以高效地在函数中返回一个重量级的类,函数返回值会在后面说到。除了在函数返回值用到外,在函数内部也可以使用到的。

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std::vector
      
        g_ids;//全局变量
void addIds(std::string id)
{
    g_ids.push_back(std::move(id));
}


int main()
{
    addIds(1234);//在添加到g_ids过程中,会调用一次copy构造函数,一次move构造函数
    std::string my_id = 123456789;
    addIds(my_id);//会调用一次copy构造函数,一次move构造函数

    for(auto &e : g_ids)
        cout<
       
        

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有读者可能会问,为什么addIds的参数不是const std::string &的形式,这样在对my_id调用的时候就不用为参数id调用一次copy构造函数。但别忘了,此时id被push进g_ids时就要必须要调用一次copy构造函数了。

前面用红色标出,对一个不需要的了对象调用std::move强制类型转换。为什么说是不需要了的呢?因为一个对象被std::move并且作为move构造函数的参数后,该对象所占用的一些资源可能被移走了,留下一个没有用的空壳。注意,虽然是空壳,但在移动的时候,也要保证这个空壳对象能正确析构。

或许读者还是觉得移动语义是屠龙之技,那么读者们想一下:vector容器在扩容的时候吧。有了移动语义,vector里面的对象从旧地址搬到新地址,毫不费劲。

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右值引用情况下的返回值问题:

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有了右值引用,读者可能会写出下面的代码:

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Test&& fun()
{
    Test t;
    ...
    return std::move(t);
}


int main()
{
    Test && tt = fun();//和下者,哪个才是正确的呢?
    Test tt = fun();//和上者,哪个才是正确的呢?

    return 0;
}

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无疑,在main函数中,还需要考虑一下tt对象是一个Test类型还是Test&&类型。其实,大错早就在fun函数中铸成了。

返回的只是一个引用,真身呢?真身已经在fun函数中被摧毁了。Meyers早在《Effective C++》里面就告诫过:不要在函数中返回一个引用。前文也已经说了,右值引用也是一个引用(类型)! 那返回什么好呢? 当然是真身啦! 如同下面代码:

Test fun()
{
    Test t;
    ...

    return t;
}


int main()
{
	T
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