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「转」C++0x特性之 std::move

「转」C++0x特性之 std::move

作者: 音视频直播技术专家 | 来源:发表于2018-09-20 18:01 被阅读87次

原地址：https://www.cnblogs.com/ldlchina/p/6608154.html
原地址：http://www.cnblogs.com/SZxiaochun/p/8017475.html

前言

进行到 C++0x之后，引入了很多新特性。对于std::move主要是为了提升程序的运行性能。通过 std::move可以将左值变为右值，从测减少了一次对象的析构和一次对象的构造。当这类操作多起来之后，会严重影响C++程序的运行性能，所以才引入了std::move。

本文不介绍std::move具体是如何实现的，只讲解 std::move做了什么，从而使用户了解 std::move该如何使用，以及使用它的好处。

至于更深层的 std::move的实现，大家可以去网上查看相关的分析文章。

左值与右值以及它们的引用

左值和右值的概念

  • 左值是可以放在赋值号左边可以被赋值的值；左值必须要在内存中有实体；
  • 右值当在赋值号右边取出值赋给其他变量的值；右值可以在内存也可以在CPU寄存器。
  • 一个对象被用作右值时，使用的是它的内容(值)，被当作左值时，使用的是它的地址。

引用

  • 引用是C++语法做的优化，引用的本质还是靠指针来实现的。引用相当于变量的别名。
  • 引用可以改变指针的指向，还可以改变指针所指向的值。
  • 引用的基本规则：
    • 声明引用的时候必须初始化，且一旦绑定，不可把引用绑定到其他对象；即引用必须初始化，不能对引用重定义；
    • 对引用的一切操作，就相当于对原对象的操作。

左值引用和右值引用

  • 左值引用的基本语法：type &引用名 = 左值表达式
  • 右值引用的基本语法type &&引用名 = 右值表达式；
    注：右值引用的“&&”中间不可以有空格。

右值运算与 std::move

右值引用（及其支持的Move语意和完美转发）是C++0x加入的最重大语言特性之一。从实践角度讲，它能够完美解决C++中长久以来为人所诟病的临时对象效率问题。从语言本身讲，它健全了C++中的引用类型在左值右值方面的缺陷。从库设计者的角度讲，它给库设计者又带来了一把利器。从库使用者的角度讲，不动一兵一卒便可以获得“免费的”效率提升…

下面用实例来深入探讨右值引用。

什么是左值，什么是右值

简单说左值可以赋值，右值不可以赋值。以下面代码为例，“ A a = getA();”该语句中a是左值，getA()的返回值是右值。

#include "stdafx.h"
#include <iostream>

class A
{ 
public:
    A() { std::cout << "Constructor" << std::endl; }
    A(const A&) { std::cout << "Copy Constructor" << std::endl; } 

    ~A() {}
}; 

static A getA()
{
    A a; return a;
} 

int main()
{
    A a = getA(); 
    return 0;
}

运行以上代码，输出结果如下：

Constructor
Copy Constructor

可以看到A的构造函数调用一次，拷贝构造函数调用了一次，构造函数和拷贝构造函数是消耗比较大的，这里是否可以避免拷贝构造？C++11做到了这一点。

添加A的移动构造函数

代码如下：

#include "stdafx.h"
#include <iostream>

class A
{ 
public:
    A() { std::cout << "Constructor" << std::endl; }
    A(const A&) { std::cout << "Copy Constructor" << std::endl; }

    /**add new code**/
    A(const A&&) { std::cout << "Move Constructor" << std::endl; }

    ~A() {}
}; 

static A getA()
{
    A a; return a;
} 

int main()
{
    A a = getA(); 
    return 0;
}

运行以上代码，输出结果：

Constructor
Move Constructor

这样就没有调用拷贝构造函数，而是调用移动构造。这里并没有看到移动构造的优点。

修改代码，给A类添加一个成员变量

代码如下：

#include "stdafx.h" 
#include <iostream> 
#include <vector>

class B
{ 
public:
    B() {}
    B(const B&) { std::cout << "B Constructor" << std::endl; }
}; 

class A
{ 
public:
    A(): m_b(new B()) { std::cout << "A Constructor" << std::endl; }

    /*深度拷贝*/
    A(const A& src) :
        m_b(new B(*(src.m_b)))
    { 
        std::cout << "A Copy Constructor" << std::endl;
    }

    /*移动引用*/
    A(A&& src) :
        m_b(src.m_b)
    {
        src.m_b=nullptr;
        std::cout << "A Move Constructor" << std::endl;
    } 

    ~A() { delete m_b; } 

private:
    /*添加一个成员变量*/
    B *m_b;
}; 

static A getA()
{
    A a;
    std::cout << "================================================" << std::endl; 
    return a;
} 

int main()
{
    A a = getA();
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    A a1(a);
    return 0;
}

运行以上代码，输出结果：

A Constructor 
================================================ 
A Move Constructor 
================================================ 
B Constructor
A Copy Constructor

“ A a = getA();”调用的是A的移动构造，“ A a1(a); ”调用的是A的拷贝构造。A的拷贝构造需要对成员变量B进行深拷贝，而A的移动构造不需要，很明显，A的移动构造效率高。

std::move语句可以将左值变为右值而避免拷贝构造

修改代码如下：

#include "stdafx.h" 
#include <iostream> 
#include <vector>

class B
{ 
public:
    B() {}
    B(const B&) { std::cout << "B Constructor" << std::endl; }
}; 

class A
{ 
public:
    A(): m_b(new B()) { std::cout << "A Constructor" << std::endl; }
    A(const A& src) :
        m_b(new B(*(src.m_b)))
    { 
        std::cout << "A Copy Constructor" << std::endl;
    }
    A(A&& src) noexcept :
        m_b(src.m_b)
    {
        src.m_b = nullptr;
        std::cout << "A Move Constructor" << std::endl;
    } 
    
    ~A() { delete m_b; } 
private:
    B* m_b;
}; 

static A getA()
{
    A a;
    std::cout << "================================================" << std::endl; return a;
} 

int main()
{
    A a = getA();
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    A a1(a);
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    A a2(std::move(a1));

    return 0;
}

运行以上代码，输出结果：

A Constructor 
================================================ 
A Move Constructor 
================================================ 
B Constructor
A Copy Constructor 
================================================ 
A Move Constructor

“ A a2(std::move(a1));”将a1转换为右值，因此a2调用的移动构造而不是拷贝构造。

赋值操作符也可以是移动赋值

#include "stdafx.h" 
#include <iostream> 
#include <vector>

class B
{ 
public:
    B() {}
    B(const B&) { std::cout << "B Constructor" << std::endl; }
}; 
class A
{ 
public:
    A(): m_b(new B()) { std::cout << "A Constructor" << std::endl; }
    A(const A& src) :
        m_b(new B(*(src.m_b)))
    { 
        std::cout << "A Copy Constructor" << std::endl;
    }
    A(A&& src) :
        m_b(src.m_b)
    {
        src.m_b = nullptr;
        std::cout << "A Move Constructor" << std::endl;
    }

    A& operator=(const A& src) noexcept
    { 
        if (this == &src) return *this; 
        delete m_b;

        m_b = new B(*(src.m_b));
        std::cout << "operator=(const A& src)" << std::endl; 
        
        return *this;
    }

    A& operator=(A&& src) noexcept
    { 
        if (this == &src) return *this; 
        delete m_b;

        m_b = src.m_b;
        src.m_b = nullptr;
        std::cout << "operator=(const A&& src)" << std::endl; 
     
        return *this;
    } 
    
    ~A() { delete m_b; } 
private:
    B* m_b;
}; 

static A getA()
{
    A a;
    std::cout << "================================================" << std::endl; 
    return a;
} 

int main()
{
    A a = getA();//移动构造
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    A a1(a);//拷贝构造
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    A a2(std::move(a1));//移动构造
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    a2 = getA();//移动赋值
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    a2 = a1;//拷贝赋值
    return 0;
}

运行以上代码，输出结果：

A Constructor 
================================================ 
A Move Constructor 
================================================ 
B Constructor
A Copy Constructor 
================================================ 
A Move Constructor 
================================================ 
A Constructor 
================================================ 
A Move Constructor operator=(const A&& src) 
================================================ 
B Constructor operator=(const A& src)

总之尽量给类添加移动构造和移动赋值函数，而减少拷贝构造和拷贝赋值的消耗。 移动构造，移动赋值要加上noexcept，用于通知标准库不抛出异常。

小结

上面的文字是我将两篇博文合并到一起的结果。通过上面的讲解，大家可以很清楚的知道 sdt::move是做什么的，以及其优势是什么。

既然C++0x为我们提供了这么好的工具，我们在写代码时一定要好好的利用哟！

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