【C++从小白到大牛】C++右值引用与移动语义

用户11316056

发布于 2024-10-16 09:30:38

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发布于 2024-10-16 09:30:38

文章被收录于专栏：可涵的从小白到大牛的征程

前言：

我们首先汇总一下在C++11中新的变化：

1、新容器 —— unodered_xxx

2、新接口

cbegin等，无关痛痒
initializer_list系列的构造
push_xxx / insert / emplace 等增加右值引用插入版本，意义重大，提高效率
容器新增移动构造和移动赋值，也可以减少拷贝，提高效率

毫无疑问，其中最重要的就是右值引用和移动构造赋值，接下来我们重点讲解有关知识~

一、右值引用

我们首先要清楚跟右值相对的概念，左值和左值引用。

什么是左值，什么是左值引用？

答：

我们平时定义的变量的就是左值。左值是一个表达式，我们可以获取它的地址。一般可以对它进行赋值（加上const变成常量就修改不了）。

左值引用就是给左值取别名。

int& func2()
{
    const int x = 2;
    return x;
}

int main()
{
	// 以下的p、b、c、*p, func2()返回值 都是左值
	int* p = new int(0);
	int b = 1;
	const int c = 2;
	
	const int* ptr1 = &c;
	int* ptr2 = &func2();

	printf("%p %p\n", ptr1, ptr2);
    return 0;
}

什么是右值，什么是右值返回？

答：

右值也是表达式，如字面常量、表达式返回值、函数返回值（不能是左值引用返回）。

右值可以出现在赋值符号的右边，但是不能出现在赋值符号的左边，右值不能取地址。

右值引用就是对右值的引用，给右值取别名。

int main()
{
double x = 1.1, y = 2.2;
// 以下几个都是常见的右值
10;
x + y;
fmin(x, y);
// 以下几个都是对右值的右值引用
int&& rr1 = 10;
double&& rr2 = x + y;
double&& rr3 = fmin(x, y);
// 这里编译会报错：error C2106: “=”: 左操作数必须为左值
10 = 1;
x + y = 1;
fmin(x, y) = 1;
return 0;
}

注意右值引用是两个&，跟左值引用一个&做区分。

这里的两个函数的返回值哪个是右值，哪个是左值？

func1返回的是右值，因为返回的是x的拷贝，拷贝的临时变量就是右值；而func2返回的是别名，因此就是左值

小总结：

语法上：

能否取地址是区分左值和右值的关键

引用都是别名，不开空间，左值引用是给左值取别名，右值引用是给右值取别名。

底层：（了解）

引用是用指针实现的。左值引用是存当前左值的地址。右值引用，是把当前右值拷贝到栈上的一个临时空间，存储这个临时空间的地址。

TIP：右值引用与左值引用的交叉

int main()
{
	// 左值引用能否给右值取别名 不能
	// 但是const左值引用可以
	const int& r1 = func1();
	const int& r2 = 10;

	// 右值引用能否给左值取别名 不能
	// 但是右值引用可以给move以后的左值可以
	int x = 0;
	int&& rr1 = move(x);

	return 0;
}

左值引用能否给右值取别名——不能但是const左值引用可以

右值引用能否给左值取别名——不能但是右值引用可以给move以后的左值可以

引用的意义：

本质为了减少拷贝！

所以右值引用到底有什么用？（左值引用没有解决所有问题）

我们首先看看左值引用解决了什么问题？

1、传参的拷贝解决了

浅拷贝不用考虑，深拷贝时我们采用引用取别名的方法，将传参不用再额外开辟空间。减少拷贝

2、传返回值的问题解决了一部分

函数调用结束时，返回值仍然存在，不用开辟新空间（引用返回）

但是

局部对象（出了作用域就销毁的对象）返回的拷贝问题，只能传值返回，就存在拷贝，如果有些对象过大！拷贝会消耗巨大的问题没有解决！

注意深拷贝是一种极度的资源浪费，因为深拷贝过后，临时创建的对象马上又销毁。

C++11之前，编译器已经做了不小的努力去减少拷贝。但是并没有从本质上解决问题。

为了真正解决问题就需要我们的右值引用！

C++11对右值概念的解释，细分便于理解

1、纯右值（内置类型的右值）如：10 / a + b

2、将亡值（自定义类型的右值）如：匿名对象、传值返回函数

C++提供右值引用，本质是为了参数匹配时，区分左值和右值，看到底是调用移动构造还是普通深拷贝

什么是移动构造呢？

假如有string s2(tmp)，系统识别到了这个tmp是右值将亡值，就会调用移动拷贝，直接将tmp的资源和s2进行交换！认为如果是将亡值进行深拷贝就是极度的浪费！因为tmp马上又销毁

原码：

// 移动构造
string(string&& s)
 :_str(nullptr)
 ,_size(0)
 ,_capacity(0)
{
 cout << "string(string&& s) -- 移动语义" << endl;
 swap(s);
}
int main()
{
 bit::string ret2 = bit::to_string(-1234);
 return 0;
}

但是如果tmp是左值，就会老老实实进行深拷贝

优化之前：

解释：

原本的str是左值，但是会有拷贝构造产生的临时值，也就是右值（将亡值），这里利用将亡值的特性使用移动构造，因此是1次拷贝，1次移动。

优化之后：

直接隐式将原本的左值str move（）转换变成右值，这样就可以不用再创建临时对象进行拷贝构造，直接一次移动构造就可以完成！！！

C++11后的优化点：

1、将一次拷贝、一次移动合二为一，省去中间的临时对象

2、隐式的强行对move（str）识别为右值

总结：

浅拷贝的类不需要移动构造

深拷贝的类才需要移动构造

深拷贝对象传值返回只需要移动资源，代价很低。

左值引用没有解决的问题，右值引用解决了。深拷贝对象传值返回只需要移动资源，代价很低。C++11后，所有容器都增加了移动构造和移动赋值

问题：右值不能改变，那怎么转移你的资源呢？

答：

右值被右值引用后，右值引用的属性是左值，可以被改变，这样资源才能被转移！

注意正是因为右值引用的属性还是左值，所以我们在传参的时候还是会调用左值引用，因此在传参的地方都需要move（）一下，保证右值调用的是右值引用。

右值引用延长了资源的生命周期！！！并不是延长对象的生命周期。

总结：

右值引用并不是直接起作用的，将返回值move后进行右值返回，是不行的，并没有解决临时变量返回值生命周期的问题，因此右值引用并不是直接起作用的，是间接起作用。我们需要重新书写一个移动构造，在返回值为临时变量时，会将这个临时变量隐式转换为右值（move一下），这样就调用我们的移动构造！就构成了我们的移动语义！

move和forward的区别：

move：将左值属性变成右值属性

forward：保持属性：