快捷導(dǎo)航

C++模板編程特性之移動語義

更新時間：2022年08月23日 15:28:36 作者：努力的張張

首先，移動語義和完美轉(zhuǎn)發(fā)這兩個概念是在C++的模板編程的基礎(chǔ)上，新增的特性，主要是配合模板來使用。本篇會從C++的值類型，到移動拷貝與移動賦值來理解移動語義與完美轉(zhuǎn)發(fā)

C++的值類型

我們知道，每個變量都有類型，或整形或字符型等來進(jìn)行了分類，不僅如此，C++表達(dá)式（帶有操作數(shù)的操作符、字面量、變量名等）在類型的屬性上，還有一種屬性，即值類別(value category)。且每個表達(dá)式只屬于三種基本值尖別中的一種：左值(lvalue)，右值(rvalue),將亡值(xvalue)，每個值類別都與某種引用類型對應(yīng)。

其中，左值和將亡值成為泛左值（generalized value，gvalue），純右值和將亡值合稱為右值（right value，rvalue）。

一般我們講，左值就是可以取地址的，具有名字的，比如 int a; a是變量的名字，&a是變量的地址，a就是左值。那么右值呢，自然就是不可以取地址的，比如int b=10; 而這個10就是一個右值，在內(nèi)存中不會分配有地址，自然也不能取地址。

將亡值，則是指在調(diào)用某個函數(shù)退出返回時，如果函數(shù)有返回值，那么就會有將亡值的存在，為什么稱之為將亡值，就是說這個值在函數(shù)作用域創(chuàng)建，但由于函數(shù)返回結(jié)束，局部變量都會銷毀，故會產(chǎn)生一個將亡值來接收這個值，完成賦值的任務(wù)。

從上圖也可以看出，將亡值既可能轉(zhuǎn)為左值，也可能成為右值，那么關(guān)鍵就在于要看是否具有名字了。

下面看這樣一段程序：

#include<iostream>
#include<type_traits>
using namespace std;
class MyString
{
private:
	char* str; // heap;
public:
	MyString(const char* p = nullptr) :str(nullptr)
	{
		if (p != nullptr)
		{
			int n = strlen(p) + 1;
			str = new char[n];
			strcpy_s(str, n, p);
		}
		cout << "Create MyString: " << this << endl;
	}
	MyString(const MyString& st)
	{
		if(st.str!=NULL)
		str = st.str;
		cout << "Copy Create MyString: " << this << endl;
	}
	MyString& operator=(const MyString& st)
	{
		if (st.str != NULL)
		str = st.str;
		cout << this << " operator=(const MyString &):  " << &st << endl;
		return *this;
	}
	~MyString()
	{
		delete[]str;
		str = nullptr;
		cout << "Destroy MyString : " << this << endl;
	}
	void PrintString() const
	{
		if (str != nullptr)
		{
			cout << str << endl;
		}
	}
};
int main()
{
	MyString *a=new MyString("lisa");
	MyString *b = a;
	delete b;
	a->PrintString();
	return 0;
}

MyString類型成員有指針變量，且采用淺拷貝方式。當(dāng)程序運行時，可以看到，兩個指針指向了同一個地址，此時，若釋放了b指針，再以a指針訪問指針成員，就會出現(xiàn)問題。

還有，當(dāng)函數(shù)以值類型返回，構(gòu)造臨時對象，若有指針變量，且采用淺拷貝，就會出現(xiàn)多次析構(gòu)的問題，導(dǎo)致程序崩潰。

當(dāng)我們將程序都改為深拷貝時，深拷貝又會導(dǎo)致，程序多次騷擾對空間，此時就提出了move語義。

std::move

std::move其實并沒有移動任何東西，它唯一的功能是將一個左值強(qiáng)制轉(zhuǎn)化為右值引用，繼而可以通過右值引用使用該值，以用于移動語義。從實現(xiàn)上講，move基本等同于一個類型轉(zhuǎn)換。

值得注意的是，通過move轉(zhuǎn)化成右值后，被轉(zhuǎn)化的左值的生命周期并沒有隨著左右值的轉(zhuǎn)化而改變。但通常情況下，我們需要轉(zhuǎn)換成右值引用的還是一個確定生命期即將結(jié)束的對象。

右值引用與移動構(gòu)造和移動賦值

在c++11中增加了右值引用的概念，即對右值的引用，通過右值引用，可以延長右值的生命期。我們都知道左值引用是變量值的別名，那么右值引用則是不具名變量的別名。

右值引用是不能綁定到任何左值的，但有個例外，常量左值是一個萬能引用，可以引用任何值，包括右值引用。

class MyString
{
private:
	char* str; // heap;
public:
	MyString(const char* p = nullptr) :str(nullptr)
	{
		if (p != nullptr)
		{
			int n = strlen(p) + 1;
			str = new char[n];
			strcpy_s(str, n, p);
		}
		cout << "Create MyString: " << this << endl;
	}
	MyString(const MyString& st)
	{
		if (st.str != nullptr)
		{
			int n = strlen(st.str) + 1;
			str = new char[n];
			strcpy_s(str, n, st.str);
		}
		cout << "Copy Create MyString: " << this << endl;
	}
	MyString& operator=(const MyString& st)
	{
		if (this != &st && str != st.str)
		{
			delete[]str;
			if (st.str != nullptr)
			{
				int n = strlen(st.str) + 1;
				str = new char[n];
				strcpy_s(str, n, st.str);
			}
		}
		cout << this << " operator=(const MyString &):  " << &st << endl;
		return *this;
	}
	MyString(MyString&& st)
	{
		str = st.str;
		st.str = nullptr;
		cout << "Move Copy Create MyString" << this << endl;
	}
	MyString& operator=(MyString&& st)
	{
		if (this == &st) return *this;
		if (this->str == st.str)
		{
			st.str = nullptr;
			return *this;
		}
		delete[]str;
		str = st.str;
		st.str = nullptr;
		cout << "Move operator=(MyString &&)" << endl;
		return *this;
	}
	~MyString()
	{
		delete[]str;
		str = nullptr;
		cout << "Destroy MyString : " << this << endl;
	}
	void PrintString() const
	{
		if (str != nullptr)
		{
			cout << str << endl;
		}
	}
};
int main()
{
	const MyString stra("hello");
	MyString strb;
	strb = std::move(stra);//調(diào)用普通的賦值方法
	strb.PrintString();
	return 0;
}

這里的move還是調(diào)用普通的賦值函數(shù)，并未做到真正的資源轉(zhuǎn)移，但是若寫成如下結(jié)構(gòu)：

int main()
{
	const MyString stra("hello");
	MyString strb;
	//strb = std::move(stra);//調(diào)用普通的賦值方法
	strb = (MyString&&)stra;
	strb.PrintString();
	return 0;
}

通過右值引用，可以延長右值的生命期。從而，有了右值引用出現(xiàn)，這個時候配合移動構(gòu)造與移動賦值，就可以完成資源轉(zhuǎn)移了。

然后，我們再看一個例子：

MyString& fun()
{
	MyString st=("newdata");
	return st;//xvalue
}
int main()
{
	MyString("zhangsan").PrintString();
	const MyString& a = fun();
	a.PrintString();
	MyString& b = fun();
	b.PrintString();
	return 0;
}

在程序運行時，會發(fā)現(xiàn)程序崩潰了，原因是：

函數(shù)中返回局部對象的引用，因為函數(shù)調(diào)用結(jié)束會銷毀局部對象，而引用則就成為了非法的訪問。因為不要在函數(shù)中返回局部對象的引用。

若我們將fun()函數(shù)的返回改為右值引用呢？

MyString&& fun()
{
	return MyString("newdata");
}
int main()
{
	MyString("zhangsan").PrintString();
	const MyString& a = fun();//x
	a.PrintString();
	//MyString& b = fun();
	//b.PrintString();
	MyString&& c = fun();//x
	c.PrintString();
	MyString&& d = c;//error
	return 0;
}

將亡值回去的時候，就得看看有沒有具名，一旦具名就是左值了，否則是右值