詳解C++中移動語義的概念與使用

更新時間：2023年06月09日 08:42:24 作者：ENG八戒

本篇文章主要為大家詳細介紹了C++中移動語義的相關知識，小編覺得挺不錯的，現在分享給大家，也給大家做個參考，一起跟隨小編過來看看吧

假設你的編譯器還不支持 C++ 11，那么，在 main() 函數里調用 getString() 時，需要在調用棧里分配臨時對象用于復制 getString() 的返回值 s，復制完成調用 s 的析構函數釋放對象。然后，再調用 std::string 類的復制賦值運算符函數將臨時對象復制到 str，同時調用臨時對象的析構函數執(zhí)行釋放。

那么，有沒有技巧可以實現上面示例代碼同樣的效果，同時避免復制？

有的，就是接下來重點介紹的移動（和中國移動無關）。

相對于復制，移動無須重新分配空間和拷貝內容，只需把源對象的數據重新分配給目標對象即可。移動后目標對象狀態(tài)與移動前的源對象狀態(tài)一致，但是移動后源對象狀態(tài)被清空。

實際上，大部份的情況下，數據僅僅需要移動即可，拷貝復制顯得多余。就像，你從圖書館借書，把自己手機的 SIM 卡拔出來再插到其它手機上，去商店買東西你的錢從口袋移動到收銀柜等等。

那么，是不是可以對所有的數據都執(zhí)行移動？

答案是否定的。在現代 C++ 中，只有右值可以被移動。

左右值概念

在 C++ 11 之前，左右值的劃分比較簡單，只有左值和右值兩種。

但是從 C++ 11 開始，重新把值類別劃分成了五種，左值(lvalue, left value)，將亡值(xvalue, expiring value)，純右值(prvalue, pure right value)，泛左值(glvalue, generalized left value)，右值(rvalue, right value)。不過后邊的兩種 glvalue 和 rvalue 是基于前面的三種組合而成。從集合概念來看，glvalue 包含 lvalue 和 xvalue，rvalue 包含 xvalue 和 prvalue。

左右值劃分的依據是：具名和可被移動。

具名，簡單點理解就是尋址。可被移動，允許對量的內部資源移動到其它位置，并且保持量自身是有效的，但是狀態(tài)不確定。

lvalue：具名且不可移動
xvalue：具名且可移動
prvalue：不具名且可移動

那么，可以看到泛左值(glvalue)其實就是具名的量，右值就是可移動的量。

以往在往函數傳參的時候，經常有用到值引用的模式，形式如下:

function(T& obj)

T 是類型，obj 是參數。

到了現代 C++，原來的值引用就變成了左值引用，另外還出現了右值引用，形式如下:

function(T&& obj)

那么 C++ 11 是怎樣實現移動操作的呢？

實現移動操作

移動操作依賴于類內部特殊成員函數的執(zhí)行，但前提是該對象是可移動的。如果恰好對象是左值(lvalue)呢？

C++ 11 的標準庫就提供了 std::move() 實現左右值轉換操作。std::move() 用于將表達式從 lvalue(左值) 轉換成 xvalue(將亡值)，但不會對數值執(zhí)行移動。當然，使用強制類型轉換也是可以達到同樣目的。

std::move(obj); // 等價于 static_cast<T&&>(obj);

在 stack overflow 上看到對 std::move() 的一段描述，與其說它是一個函數，不如說，它是編譯器對表達式值評估的方式轉換器。

以往慣常使用 C++ 類定義時，我們都知道有這么幾個特殊的成員函數：

默認構造函數(default constructor)
復制構造函數(copy constructor)
復制賦值運算符函數(copy assignment operator)
析構函數(destructor)

來看看一個簡單的例子：

class MB // MemoryBlock
{
public:
    // 為下面代碼演示簡單起見
    // 在 public 定義成員屬性
    size_t size;
    char *buf;

    // 默認構造函數
    explicit MB(int sz = 1024)
        : size(sz), buf(new char[sz]) {}
    // 析構函數
    ~MB() {
        if (buf != nullptr) {
            delete[] buf;
        }
    }
    // 復制構造函數
    MB(const MB& obj)
        : size(obj.size),
          buf(new char[obj.size]) {
        memcpy(buf, obj.buf, size);
    }
    // 復制賦值運算符函數
    MB& operator=(const MB& obj) {
        if (this != &obj) {
            if (buf != nullptr) {
                delete[] buf;
            }
            size = obj.size;
            buf = new char[size]; 
            memcpy(buf, obj.buf, size);
        }
        return *this;
    }
}

為了支持移動操作，從 C++ 11 開始，類定義里新增了兩個特殊成員函數:

移動構造函數(move constructor)
移動賦值運算符函數(move assignment operator)

移動構造函數

在構造新對象時，如果傳入的參數是右值引用對象，就會調用移動構造函數創(chuàng)建對象。如果沒有自定義移動構造函數，那么編譯器就會自動生成，默認實現是遍歷調用成員屬性的移動構造函數，并移動右值對象的成員屬性數據到新對象。

定義一般聲明形式如下：

T::T(C&& other);

基于上面的簡單例子：

class MB // MemoryBlock
{
public:
    // ...

    // 移動構造函數
    MB(MB&& obj)
        : size(0), buf(nullptr) {
        // 移動源對象數據到新對象
        size = obj.size;
        buf = obj.buf;
        // 清空源對象狀態(tài)
        // 避免析構函數多次釋放資源
        obj.size = 0;
        obj.buf = nullptr;
    }
}

可見，移動構造函數的執(zhí)行過程，僅僅是簡單賦值的過程，不涉及拷貝資源的耗時操作，自然執(zhí)行效率大大提高。

移動賦值運算符函數

在調用賦值運算符時，如果右邊傳入的參數是右值引用對象，就會調用移動賦值運算符函數。同樣，如果沒有自定義移動賦值運算符函數，那么編譯器也會自動生成，默認實現是遍歷調用成員屬性的移動賦值運算符函數并移動成員屬性的數據到左邊參數對象。

一般聲明形式如下：

T& T::operator=(C&& other);

基于上面的簡單例子：

class MB // MemoryBlock
{
public:
    // ...
    // 移動賦值運算符函數
    MB& MB::operator=(MB&& obj) {
        if (this != &obj) {
            if (buf != nullptr) {
                delete[] buf;
            }
            // 移動源對象數據到新對象
            size = obj.size;
            buf = obj.buf;
            // 清空源對象狀態(tài)
            // 避免析構函數多次釋放資源
            obj.size = 0;
            obj.buf = nullptr;
        }
        return *this;
    }
}

移動賦值運算符函數的執(zhí)行過程，同樣僅僅是簡單賦值的過程，執(zhí)行效率明顯遠超復制操作。

總結

回顧文首的示例代碼，由于 C++ 11 加入了返回值優(yōu)化 RVO(Return Value Optimization) 的特性，所以代碼無需變更即可獲得效率提升。對于部分編譯器而言，比如 IBM Compiler、Visual C++ 2010 等，已經提前具備返回值優(yōu)化的支持。

到此這篇關于詳解C++中移動語義的概念與使用的文章就介紹到這了,更多相關C++移動語義內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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