文章目录
- 引言
- 一、右值引用
- 1.1 左值和右值
- 1.2 左值引用和右值引用的范围
- 1.3 左值引用的意义
- 二、移动语义
- 2.1 移动构造
- 2.2 移动赋值
- 2.3 右值引用的意义
- 2.4 move
- 2.5 移动插入
- 三、完美转发
- 3.1 万能引用
- 3.2 forward
- 四、新增默认成员函数
- 4.1 移动构造函数
- 4.2 移动赋值重载
- 4.3 default
- 4.4 delete
引言
关于C++11的final和override的知识，在之前已经提到过，这里不再赘述，有需要的请移步这篇博客【C++练级之路】【Lv.13】多态（你真的了解虚函数和虚函数表吗？）
一、右值引用
1.1 左值和右值
- 左值：可取地址，可在等号左右
- 右值：不可取地址，只能在等号右边
void test()
{
int a;//左值
10;//右值
10 + 20；//右值
}
一般情况下，左值均为变量名，而右值则为字面常量、表达式等。
1.2 左值引用和右值引用的范围
void test()
{
int& ref1 = a;//左值引用，可以引用左值
//int& ref2 = a + b;//左值引用，不能引用右值（权限放大）
const int& ref2 = a + b;//const左值引用，可以引用右值
int&& ref3 = a + b;//右值引用，可以引用右值
//int&& ref4 = a;//右值引用，不能引用左值
int&& ref4 = move(a);//右值引用，可以引用move后的左值
}
- 左值引用，可以引用左值
- const左值引用，可以引用右值
- 右值引用，可以引用右值
- 右值引用，可以引用move后的左值
ps：move的作用，是将左值强制转换为右值引用，详情见move章节。
ps：右值的引用属性为左值，将右值引用后，右值会被存储起来，并可以取到地址。
1.3 左值引用的意义
左值引用：
- 传引用传参，减少拷贝
- 传引用返回，减少拷贝（限制：函数内的局部对象，不能传引用返回）
左值引用已经解决了绝大多数拷贝问题，但是唯一的缺陷就是不能传引用返回局部对象。所以，这就是右值引用存在的意义，为了补全这块不足。
而要完全理解右值引用的意义，则需要学习移动语义，理解右值引用是如何减少拷贝的。
二、移动语义
首先，给出一个自己实现的精简版string类，方便调试和观察内部细节。
namespace my
{
class string
{
public:
typedef char* iterator;
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return _str + _size;
}
string(const char* str = "")
: _size(strlen(str))
, _capacity(_size)
{
//cout << "string(char* str)" << endl;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}
void swap(string& s)
{
std::swap(_str, s._str);
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}
// 拷贝构造
string(const string& s)
:_str(nullptr)
{
cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;
string tmp(s._str);
swap(tmp);
}
// 赋值重载
string& operator=(const string& s)
{
cout << "string& operator=(string s) -- 深拷贝" << endl;
string tmp(s);
swap(tmp);
return *this;
}
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n + 1];
strcpy(tmp, _str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
void push_back(char ch)
{
if (_size >= _capacity)
{
size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
reserve(newcapacity);
}
_str[_size] = ch;
++_size;
_str[_size] = '\0';
}
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
string operator+(char ch)
{
string tmp = *this;
tmp += ch;
return tmp;
}
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity; // 不包含最后做标识的\0
};
}
operator+是我们要重点观察的函数，特意拿出来方便对比：
string operator+(char ch)
{
string tmp = *this;
tmp += ch;
return tmp;
}
2.1 移动构造
先来看看以下代码：
void test()
{
my::string s1 = "hello";
my::string s2 = s1 + '!';
}
在以往的经验中，operator+中的tmp(原始对象)传值返回，先拷贝构造给临时对象，tmp在函数域内销毁，然后临时对象再拷贝构造给s2(目标对象)，总共有两次深拷贝。
但是，如果运用上右值引用的移动构造，加上以下代码：
// 移动构造
string(string&& s)
: _str(nullptr)
{
cout << "string(string&& s) -- 移动" << endl;
swap(s);
}
此时，operator+中的tmp(原始对象)传值返回，直接和s2互换资源(称之为移动)，就可以直接无拷贝返回，直接减少了两次深拷贝。
ps：如果符合编译器优化，编译器会自动将tmp识别为左值，从而将连续三次拷贝构造优化成一次。（VS2022）
ps：如果不符合优化，编译器才会将tmp强制识别为右值，从而符合移动语义。
ps：如果只有const&，右值会匹配；如果有&&，右值则会匹配更适合的。
2.2 移动赋值
同理，再看看这段代码：
void test()
{
my::string s1 = "hello";
my::string s2;
s2 = s1 + '!';
}
在以往的经验中，operator+中的tmp(原始对象)传值返回，先拷贝构造给临时对象，tmp在函数域内销毁，然后临时对象再赋值给s2(目标对象)，总共有两次深拷贝。
但是，如果运用上右值引用的移动赋值，加上以下代码：
// 移动赋值
string& operator=(string&& s)
{
cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动" << endl;
swap(s);
return *this;
}
此时，operator+中的tmp(原始对象)传值返回，直接和s2互换资源(称之为移动)，就可以直接无拷贝返回，直接减少了两次深拷贝。
ps：此时不是连续的拷贝构造，而是拷贝构造+赋值，所以编译器不会优化。
2.3 右值引用的意义
对于函数内的右值，分为两类：
- 纯右值：内置类型的右值
- 将亡值：自定义类型的右值
右值引用：把将亡值的资源直接移动，从而减少两次深拷贝。
2.4 move
move 是一个模板函数，它接受一个左值引用，并返回一个右值引用。这允许我们指示编译器，我们可以安全地“移动”这个左值的资源，而不是复制它们。
template<class _Ty>
inline typename remove_reference<_Ty>::type&& move(_Ty&& _Arg) _NOEXCEPT
{
// forward _Arg as movable
return ((typename remove_reference<_Ty>::type&&)_Arg);
}
ps：move 只是一个“建议”或“请求”，而不是强制。它告诉编译器：“这个对象我不再需要了，你可以安全地将其资源移动给另一个对象。”
但是，如果对象的类型没有定义移动构造函数或移动赋值运算符，或者这些函数被标记为 delete，那么编译器仍然会进行复制操作。
同时，使用move一定要慎重，如果要进行资源移动，要确保move的左值不会再使用。
void test()
{
string s1 = "hello";
string s2 = move(s1);
}
以上代码中，move后的s1被识别为右值，调用右值引用的移动构造，将s1的资源移动到s2，而s1本身就被置空了。
2.5 移动插入
C++11更新后，STL中所有容器都新增了移动版本的插入函数。那么，它与原先的插入函数有什么不同呢？
先来看看以下代码：
void test()
{
vector<string> v;
v.push_back("1111");
}
C++98：void push_back (const T& val);
先利用右值构造string，再拷贝构造插入vector。
C++11：void push_back (T&& val);
先利用右值构造string，再移动插入vector。
综上比较，移动插入相较于传统插入，减少了一次深拷贝，效率得到了提高。
ps：const& 延长右值生命周期(C++98)
三、完美转发
3.1 万能引用
template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)//万能引用（引用折叠）
{}
函数模板参数中的T&&，不再代表右值引用，而是代表万能引用(又称引用折叠)。它能以统一的方式处理左值和右值，既能接收左值引用，也能接收右值引用。
- t为右值时，保持为T&&
- t为左值时，折叠为T&
3.2 forward
void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }
template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)//万能引用（引用折叠）
{
Fun(t);
}
void test()
{
PerfectForward(10);//右值
int a;
PerfectForward(a);//左值
PerfectForward(move(a));//右值
const int b = 8;
PerfectForward(b);//const 左值
PerfectForward(move(b));//const 右值
}
前面已经提到，右值的引用属性为左值(只有这样设计才能实现移动语义)，那么在上述代码中，调用Fun函数就全部是左值引用，无法达到区分左值和右值的效果。
那么，如何在传递中保持参数的属性呢？这时就要用到完美转发！
forward 是一个模板函数，如果接收左值引用，则返回左值引用，如果接收右值引用，则返回右值引用。
template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)//万能引用（引用折叠）
{
Fun(forward<T>(t));//完美转发
}
完美转发允许函数模板将其参数以原始值类别（左值或右值）转发给另一个函数。这通常用于包装或委托函数。
四、新增默认成员函数
class Person
{
public:
Person(const char* name = "", int age = 0)
:_name(name)
, _age(age)
{}
//Person(const Person& p)
// :_name(p._name)
// ,_age(p._age)
//{}
//Person& operator=(const Person& p)
//{
// if(this != &p)
// {
// _name = p._name;
// _age = p._age;
// }
// return *this;
//}
//~Person()
//{}
private:
my::string _name;
int _age;
};
4.1 移动构造函数
若未显式定义，且未显式定义拷贝构造、拷贝赋值、析构，编译器才会自动生成默认的移动构造函数。对内置类型值拷贝，对于自定义类型调用其移动构造函数（若未显式定义，则调用其拷贝构造）
4.2 移动赋值重载
若未显式定义，且未显式定义拷贝构造、拷贝赋值、析构，编译器才会自动生成默认的移动赋值重载。对内置类型值拷贝，对于自定义类型调用其移动赋值重载（若未显式定义，则调用其拷贝赋值重载）
void test()
{
Person s1;
Person s2 = s1;
Person s3 = move(s1);//移动构造
Person s4;
s4 = move(s2);//移动赋值
}
4.3 default
强制生成默认成员函数
Person(Person&& p) = default;//强制生成默认移动构造
Person& operator=(Person&& p) = default;//强制生成默认移动赋值
4.4 delete
禁止生成默认成员函数
Person(const Person& p) = delete;//禁止生成默认拷贝构造
Person& operator=(const Person& p) = delete;//禁止生成默认拷贝赋值
ps：C++98中，将函数设置为private，以此达到禁止生成默认成员函数的目的。
