過去寫 C/C++ 代碼，大家對數(shù)據(jù)做傳遞時，都習(xí)慣先拷貝再賦值。比如，把數(shù)據(jù)從 t1 復(fù)制到 t2，復(fù)制完成后 t2 和 t1 的狀態(tài)是一致的，t1 狀態(tài)沒變。這里的狀態(tài)指的是對象內(nèi)部的非靜態(tài)成員數(shù)據(jù)集合。

在程序運行過程中，復(fù)制過程既要分配空間又要拷貝內(nèi)容，對于空間和時間都是種損耗。復(fù)制操作，無疑是一門很大的開銷，何況經(jīng)常觸發(fā)資源復(fù)制的時候。

來看看普通的函數(shù)返回值到底有哪些開銷，

std::string getString()
{
    std::string s;
    // ...

    return s;
}

int main()
{
    std::string str = getString();
    // ...
}

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

那么，有沒有技巧可以實現(xiàn)上面示例代碼同樣的效果，同時避免復(fù)制？

有的，就是接下來重點介紹的移動（和中國移動無關(guān)）。

相對于復(fù)制，移動無須重新分配空間和拷貝內(nèi)容，只需把源對象的數(shù)據(jù)重新分配給目標(biāo)對象即可。移動后目標(biāo)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(shù)據(jù)僅僅需要移動即可，拷貝復(fù)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(shù)據(jù)都執(zhí)行移動？

答案是否定的。在現(xiàn)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(jù)是：具名和可被移動。

具名，簡單點理解就是尋址?？杀灰苿?，允許對量的內(nèi)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(shù)傳參的時候，經(jīng)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(shù)。

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

function(T&& obj)

那么 C++ 11 是怎樣實現(xiàn)移動操作的呢？

實現(xiàn)移動操作

移動操作依賴于類內(nèi)部特殊成員函數(shù)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(biāo)準(zhǔn)庫就提供了 std::move() 實現(xiàn)左右值轉(zhuǎn)換操作。std::move() 用于將表達式從 lvalue(左值) 轉(zhuǎn)換成 xvalue(將亡值)，但不會對數(shù)值執(zhí)行移動。當(dāng)然，使用強制類型轉(zhuǎn)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(shù)，不如說，它是編譯器對表達式值評估的方式轉(zhuǎn)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(shù)：

• 默認構(gòu)造函數(shù)(default constructor)
• 復(fù)制構(gòu)造函數(shù)(copy constructor)
• 復(fù)制賦值運算符函數(shù)(copy assignment operator)
• 析構(gòu)函數(shù)(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(gòu)造函數(shù)
    explicit MB(int sz = 1024)
        : size(sz), buf(new char[sz]) {}
    // 析構(gòu)函數(shù)
    ~MB() {
        if (buf != nullptr) {
            delete[] buf;
        }
    }
    // 復(fù)制構(gòu)造函數(shù)
    MB(const MB& obj)
        : size(obj.size),
          buf(new char[obj.size]) {
        memcpy(buf, obj.buf, size);
    }
    // 復(fù)制賦值運算符函數(shù)
    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(shù):

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

移動構(gòu)造函數(shù)

在構(gòu)造新對象時，如果傳入的參數(shù)是右值引用對象，就會調(diào)用移動構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建對象。如果沒有自定義移動構(gòu)造函數(shù)，那么編譯器就會自動生成，默認實現(xiàn)是遍歷調(diào)用成員屬性的移動構(gòu)造函數(shù)，并移動右值對象的成員屬性數(shù)據(jù)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(gòu)造函數(shù)
    MB(MB&& obj)
        : size(0), buf(nullptr) {
        // 移動源對象數(shù)據(jù)到新對象
        size = obj.size;
        buf = obj.buf;
        // 清空源對象狀態(tài)
        // 避免析構(gòu)函數(shù)多次釋放資源
        obj.size = 0;
        obj.buf = nullptr;
    }
}

可見，移動構(gòu)造函數(shù)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(shù)

在調(diào)用賦值運算符時，如果右邊傳入的參數(shù)是右值引用對象，就會調(diào)用移動賦值運算符函數(shù)。同樣，如果沒有自定義移動賦值運算符函數(shù)，那么編譯器也會自動生成，默認實現(xiàn)是遍歷調(diào)用成員屬性的移動賦值運算符函數(shù)并移動成員屬性的數(shù)據(jù)到左邊參數(shù)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(shù)
    MB& MB::operator=(MB&& obj) {
        if (this != &obj) {
            if (buf != nullptr) {
                delete[] buf;
            }
            // 移動源對象數(shù)據(jù)到新對象
            size = obj.size;
            buf = obj.buf;
            // 清空源對象狀態(tài)
            // 避免析構(gòu)函數(shù)多次釋放資源
            obj.size = 0;
            obj.buf = nullptr;
        }
        return *this;
    }
}

移動賦值運算符函數(shù)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(fù)制操作。

總結(jié)

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(jīng)提前具備返回值優(yōu)化的支持。

到此這篇關(guān)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(guān)C++移動語義內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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