拷贝构造函数和移动构造函数

C++11之前，对象的拷贝控制由三个函数决定：拷贝构造函数（Copy Constructor）、拷贝赋值运算符（Copy
Assignment operator）和析构函数（Destructor）。

C++11之后，新增加了两个函数：移动构造函数（Move Constructor）和移动赋值运算符（Move Assignment opera）。

我猜即使是经常用C++编程的同学也不一定听说过后两者。其实不了解这些并不影响编程，但了解了之后就会进一步感受到C++的强（丧）大（心）威（病）力（狂）。

好了，下面步入正题，我希望用最简单的几个案例说明这些构造函数和运算符的用途。

口诀：构造函数与赋值运算符的区别是，构造函数在创建或初始化对象的时候调用，而赋值运算符在更新一个对象的值时调用。

举个例子：

#include <iostream>
using namespace std;

class A {
public:
    int x;
    A(int x) : x(x)
    {
        cout << "Constructor" << endl;
    }
    A(A& a) : x(a.x)
    {
        cout << "Copy Constructor" << endl;
    }
    A& operator=(A& a)
    {
        x = a.x;
        cout << "Copy Assignment operator" << endl;
        return *this;
    }
    A(A&& a) : x(a.x)
    {
        cout << "Move Constructor" << endl;
    }
    A& operator=(A&& a)
    {
        x = a.x;
        cout << "Move Assignment operator" << endl;
        return *this;
    }
};

A GetA()
{
    return A(1);
}

A&& MoveA()
{
    return A(1);
}

int main()
{
    cout << "-------------------------1-------------------------" << endl;
    A a(1);
    cout << "-------------------------2-------------------------" << endl;
    A b = a;
    cout << "-------------------------3-------------------------" << endl;
    A c(a);
    cout << "-------------------------4-------------------------" << endl;
    b = a;
    cout << "-------------------------5-------------------------" << endl;
    A d = A(1);
    cout << "-------------------------6-------------------------" << endl;
    A e = std::move(a);
    cout << "-------------------------7-------------------------" << endl;
    A f = GetA();
    cout << "-------------------------8-------------------------" << endl;
    A&& g = MoveA();
    cout << "-------------------------9-------------------------" << endl;
    d = A(1);
}

请读者猜测这九行语句各自的输出是什么。

下面公布答案：

-------------------------1-------------------------
Constructor
-------------------------2-------------------------
Copy Constructor
-------------------------3-------------------------
Copy Constructor
-------------------------4-------------------------
Copy Assignment operator
-------------------------5-------------------------
Constructor
Move Constructor
-------------------------6-------------------------
Move Constructor
-------------------------7-------------------------
Constructor
Move Constructor
Move Constructor
-------------------------8-------------------------
Constructor
-------------------------9-------------------------
Constructor
Move Assignment operator

我们来分析这里面的奥妙。

第1行毋庸置疑，调用构造函数。
第2行创建新对象b，使用a初始化b，因此调用拷贝构造函数。
第3行创建新对象c，使用a初始化c，因此调用拷贝构造函数。
第4行使用a的值更新对象b，因为不需要创建新对象，所以调用拷贝赋值运算符。
第5行创建新对象d，使用临时对象A(1)初始化d，由于临时对象是一个右值，所以调用移动构造函数。
第6行创建新对象e，使用a的值初始化e，但调用std::move(a)将左值a转化为右值，所以调用移动构造函数。
第7行创建新对象f，使用GetA()函数返回的临时对象初始化f，由于临时对象是右值，所以调用移动构造函数。值得注意的是，这里调用了两次移动构造函数。第一次是GetA()返回前，A(1)移动构造了一个临时对象。第二次是临时对象移动构造f。
第8行没有创建新对象，也不更新任何对象，只是将MoveA()的返回值绑定到右值引用g。因此不调用构造函数，也不调用赋值运算符。
第9行使用临时对象A(1)更新d，因为不需要创建新对象，所以调用移动赋值运算符。

怎么样，是不是一脸懵逼？哈哈哈...

我知道仅凭这些是不足以搞懂拷贝构造函数和移动构造函数的，特别是移动构造函数，它涉及到C++编程的根本问题：值传递和引用传递的问题。与Java等完全建立在堆上、含垃圾回收器的语言相比，C++的特点就是撇清值和引用的区别，而不是像Java一样全部按照引用来对待。然而值传递造成的性能问题必须解决，所以有了C++11新特性：移动拷贝、移动赋值、右值引用等概念。直观来讲，移动语义的出现使得大对象可以避免频繁拷贝造成的性能下降，特别是对于临时对象，移动语义是传递它们的最佳方式。

备注：本文代码编译时附加了编译选项-fno-elide-constructors，以禁止编译器优化。

参考资料

《C++ Primer（第5版）》Stanley B.Lippman、Josee Lajoie、Barbara E. Moo
从4行代码看右值引用 qicosmos
拷贝构造函数与赋值运算符重载的区别 梦想照旧实现