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C++面試八股文之左值與右值

 更新時(shí)間:2023年06月18日 10:14:43   作者:二進(jìn)制架構(gòu)  
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),左值就是可以使用&符號(hào)取地址的值,而右值一般不可以使用&符號(hào)取地址,這篇文章主要來(lái)和大家講講面試中左值與右值??嫉闹R(shí)點(diǎn),需要的可以參考一下

某日二師兄參加X(jué)XX科技公司的C++工程師開(kāi)發(fā)崗位第16面:

面試官:什么是左值,什么是右值?

二師兄:簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),左值就是可以使用&符號(hào)取地址的值,而右值一般不可以使用&符號(hào)取地址。

int a = 42;	//a是左值,可以&a
int* p = &a;
int* p = &42;	//42是右值,無(wú)法取地址

二師兄:一般左值存在內(nèi)存中,而右值存在寄存器中。

int a = 42, b = 1024;
decltype(a+b);	//類型為右值,a+b返回的值存在寄存器中
decltype(a+=b);	//類型為左值,a+=b返回的值存儲(chǔ)在內(nèi)存中

二師兄:嚴(yán)格意義上分,右值分為純右值(pvalue)和將亡值(xvalue)。C++中,除了右值剩余的就是左值。

42;				//純右值
int a = 1024;
std::move(a);	//將亡值

面試官:C++98/03中已經(jīng)有了左值,為什么還要增加右值的概念?

二師兄:主要是為了效率。特別是STL中的容器,當(dāng)需要把容器當(dāng)作參數(shù)傳入函數(shù)時(shí):

void function(std::vector<int> vi2)
{
    vi2.push_back(6);
    for(auto& i: vi2) { std:: cout < i << " " ;}
    std::cout << std::endl;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    std::vector<int> vi1{1,2,3,4,5};
    function(vi1);
    return 0;
}

二師兄:當(dāng)我們要把vi1傳入函數(shù)時(shí),在C++98/03時(shí)只能通過(guò)拷貝構(gòu)造函數(shù),把vi1中所有的元素全部拷貝一份給vi2,拷貝完成之后,當(dāng)function函數(shù)返回時(shí),vi2被析構(gòu),然后vi1被析構(gòu)。

二師兄:在C++11及之后,我們可以通過(guò)std::move()vi1強(qiáng)制轉(zhuǎn)為右值,此時(shí)在初始化vi2時(shí)執(zhí)行的不是拷貝構(gòu)造而是移動(dòng)構(gòu)造:

void function(std::vector<int>&& vi2)
{
    vi2.push_back(6);
    for(auto& i: vi2) { std:: cout < i << " " ;}
    std::cout << std::endl;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    std::vector<int> vi1{1,2,3,4,5};
    function(std::move(vi1));
    return 0;
}

二師兄:這里只進(jìn)行了一次構(gòu)造。一次移動(dòng)(當(dāng)元素特別多時(shí),移動(dòng)的成本相對(duì)于拷貝基本可以忽略不記),一次析構(gòu)。效率得到很大的提升。

二師兄:當(dāng)然,移動(dòng)過(guò)后的變量已經(jīng)不能再使用(身體被掏空),在std::move(vi1)之后使用vi1是未定義行為。

面試官:好的。那你知道移動(dòng)構(gòu)造是如何實(shí)現(xiàn)的嗎?

二師兄:移動(dòng)構(gòu)造是通過(guò)移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)實(shí)現(xiàn)的,當(dāng)類有資源需要管理時(shí),拷貝構(gòu)造會(huì)把資源復(fù)制一份,而移動(dòng)構(gòu)造偷走了原對(duì)象的資源。

struct Foo
{
    int* data_;
    //copy construct
    Foo(const Foo& oth)
    {
        data_ = new int(*oth.data_);
    }
    //move construct
    Foo(Foo&& oth) noexcept
    {
        data_ = oth.data_;		//steal
        oth.data_ = nullptr;	//set to null
    }
}

面試官:好的。你覺(jué)得移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)的noexcept關(guān)鍵字能省略嗎?為什么?

二師兄:應(yīng)該不能吧,具體不清楚。

面試官:那你知道std::move是如何實(shí)現(xiàn)的嗎?

二師兄:好像是static_cast實(shí)現(xiàn)的吧。

面試官:那你知道什么叫萬(wàn)能引用嗎?

二師兄:萬(wàn)能引用主要用在模板中,模板參數(shù)是T,形參是T&&,此時(shí)可以傳入任何類型的參數(shù),所以稱之為萬(wàn)能引用。

template<typename T>
void function(T&& t) { ...}

面試官:那你知道萬(wàn)能引用是如何實(shí)現(xiàn)的嗎?

二師兄:不太清楚。。

面試官:完美轉(zhuǎn)發(fā)知道嗎?

二師兄:std::forward 嗎,了解過(guò)一些,不太熟悉。

面試官:好的,回去等消息吧。

讓我們來(lái)回顧以下二師兄今天的表現(xiàn):

移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)的noexcept關(guān)鍵字能省略嗎?為什么?

這里盡量不要省略。如果省略,編譯器會(huì)推斷是否會(huì)拋出異常。如果移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)可能會(huì)拋出異常,則編譯器不會(huì)將其標(biāo)記為noexcept。當(dāng)編譯器不標(biāo)記為noexcept時(shí),為了保證程序的正確性,編譯器可能會(huì)采用拷貝構(gòu)造的方式實(shí)現(xiàn)移動(dòng)構(gòu)造,從而導(dǎo)致效率降低。

需要注意的是,如果標(biāo)記了noexcept但在移動(dòng)時(shí)拋出了異常,則程序會(huì)調(diào)用std::terminate()函數(shù)來(lái)終止運(yùn)行。

知道std::move是如何實(shí)現(xiàn)的嗎?

這里的確是通過(guò)static_cast實(shí)現(xiàn)的,講左值強(qiáng)行轉(zhuǎn)換成右值,用來(lái)匹配移動(dòng)語(yǔ)義而非拷貝。

template&lt;typename T&gt;
typename std::remove_reference&lt;T&gt;::type&amp;&amp; move(T&amp;&amp; t) { return static_cast&lt;typename std::remove_reference&lt;T&gt;::type&amp;&amp;&gt;(t);}

萬(wàn)能引用是如何實(shí)現(xiàn)的?

萬(wàn)能引用主要使用了引用折疊技術(shù),

template<typename T>
void function(T&& t) { ...}

當(dāng)T類型為左值時(shí),&& & 被折疊為&, 當(dāng)T類型為右值時(shí),&& &&被折疊稱為&&。以下是折疊規(guī)則:

& &    -> &
& &&   -> &
&& &   -> &
&& &&  -> &&

完美轉(zhuǎn)發(fā)知道嗎?

當(dāng)我們需要在function中傳遞t參數(shù)時(shí),如何保證它的左值或右值語(yǔ)義呢?這時(shí)候完美轉(zhuǎn)發(fā)就登場(chǎng)了:

template<typename T>
void function2(T&& t2) {}
template<typename T>
void function(T&& t) 
{
    function2(t);
}

當(dāng)傳入的參數(shù)t的類型時(shí)右值時(shí),由于引用折疊還是右值,此時(shí)的t雖然時(shí)一個(gè)右值引用,但t本身卻是一個(gè)左值!這里非常的不好理解。如果我們把t直接傳入到function2,那么function2中的t2會(huì)被推導(dǎo)成左值,達(dá)不到我們的目標(biāo)。如果在調(diào)用function2時(shí)傳入std::move(t),當(dāng)t是右值時(shí)沒(méi)有問(wèn)題,但當(dāng)t是左值時(shí),把t移動(dòng)到t2,t在外部不在能用。這也不符合我們的預(yù)期。此時(shí)std::forward閃亮登場(chǎng)!

template<typename T>
void function2(T&& t2) {}
template<typename T>
void function(T&& t) 
{
    function2(std::forward<T&&>(t));
}

std::forward使用了編譯時(shí)多態(tài)(SFINAE)技術(shù),使得當(dāng)參數(shù)t是左值是和右值是匹配不同的實(shí)現(xiàn),完成返回不同類型引用的目的。以下是標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的實(shí)現(xiàn):

template <typename _Tp>
constexpr _Tp && forward(typename std::remove_reference<_Tp>::type &&__t) noexcept
{
    return static_cast<_Tp &&>(__t);
}
template <typename _Tp>
constexpr typename std::remove_reference<_Tp>::type && move(_Tp &&__t) noexcept
{
    return static_cast<typename std::remove_reference<_Tp>::type &&>(__t);
}

好了,今日份面試到這里就結(jié)束了。二師兄的表現(xiàn)如何呢?預(yù)知后事如何,且聽(tīng)下回分解。

到此這篇關(guān)于C++面試八股文之左值與右值的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++左值右值內(nèi)容請(qǐng)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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