3.3 右值引用:移动语义与完美转发

一、移动语义的引入

1.浅拷贝带来的问题

对于存在资源(文件,指针)类型成员的类对象,在执行拷贝的时候存在资源管理的问题,这是浅拷贝导致的。

此时我们可以重写拷贝构造实现深拷贝,解决资源管理的问题。

但是有的时候拷贝并不是必须的,而且拷贝次数多或者资源分配耗时时,也会带来性能问题。

class A{
public:A():value(new int(1)){}
private:int *value{nullptr};
};A getTemp()
{A a;return a;
}int main()
{A temp=getTemp();
}

上述代码,16行则会产生一次构造,两次拷贝构造,而两次拷贝构造都会产生资源的分配和释放。

2.移动语义的引入

而实际上这过程中变量a以及getTemp()函数产生的返回值不再使用资源了,完全没有必要重新分配资源。想要解决上述的问题,我们可以通过“偷”的方式,减少拷贝时内存分配,即将原有的资源浅拷贝到新对象的资源句柄上,而原资源置空,这样“偷”的方式叫做移动语义,这样的构造函数称为移动构造。

std::move的使用场景,将一个左值转换为右值时。

移动构造的调用场景,用一个右值构造一个新值(不包括左值引用和右值引用),二是初始化一个右值时(目前只发现存在于函数以值返回时)

右值引用的场景,引用一个右值时(避免(匿名)右值丢失)。

由于常量左值引用的“万能”性,因此如果没有声明移动构造函数,那么也可以走拷贝构造函数。

二、左值右值和右值引用

左值:具名,可取地址的值

右值:分为纯右值,如字面值常量,表达式结果,非右值引用函数返回值等;以及将亡值,如右值引用函数返回值,std::move返回值,显示类型转换值。

右值应用:T &&,用于绑定右值,赋予右值名称,延续右值的声明周期,并且可以通过右值引用访问右值。值得注意的是右值引用是一个左值。

左值引用、右值引用以及常量左值引用和常量右值引用能引用的类型如下表:

三、std::move将左值强制转换为右值

std::move并不会移动任何内容,唯一的作用就是将一个左值转为右值。如果不赋值给其他变量,a不会发生任何改变。

只有再赋值给其他变量时,才会通过移动构造或者移动赋值,将a的资源移走,但是a依旧不会被释放,只不过因为移动语义的作用,其资源无法被访问了。

实际上,默认的移动语义(移动构造)与拷贝并无区别,因此想要实现资源的移动构造,需要自己实现。

四、移动语义的其他问题

1.避免const

对于移动语义而言,实际上就是需要通过右值引用访问和修改右值内容(资源移动),而如果使用const的话则失去了这一能力。

2.默认移动构造

实际上编译器会生成默认移动构造函数(与拷贝相同),但是如果拷贝构造、赋值、移动赋值和析构任意实现一个,都会导致不生成默认的移动构造。

此外,默认移动构造与拷贝构造并无区别, 所以想要实现资源移动的移动构造,需要自己实现。

3.一个典型应用swap

通过std::move实现swap函数,可以大大提高性能。

4.关于异常

对于移动构造,往往是noexcept的,否则可能会导致指针悬挂。

而C++11提供了move_if _noexcept(v),在移动构造是noexcept时调用移动构造,否则调用拷贝构造,通过放弃性能来确保安全性。

5.NRVO

name return value optimized,返回值优化,实际上大部分编译器都实现了此优化功能,即在函数返回时不做移动和拷贝,而是直接变量名,性能消耗最小。

五、完美转发

对于函数模板而言,在进一步调用其他函数是,因为参数传递过程中出现的拷贝导致类型变化以及性能消耗。

通常引用折叠计数使用T &&的方式实现完美转发。

而函数中使用forward

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