C++11 是 C++ 的第⼆个主要版本,并且是从 C++98 起的最重要更新。它引⼊了⼤量更改,标准化了既 有实践,并改进了对 C++ 程序员可⽤的抽象。在它最终由 ISO 在 2011 年 8 ⽉ 12 ⽇采纳前,⼈们曾使 ⽤名称“C++0x”,因为它曾被期待在 2010 年之前发布。C++03 与 C++11 期间花了 8 年时间,故⽽这 是迄今为⽌最⻓的版本间隔。从那时起,C++ 有规律地每 3 年更新⼀次。
C++98中⼀般数组和结构体可以⽤{}进⾏初始化。
struct Point
{
int _x;
int _y;
};
int main()
{
int array1[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
int array2[5] = { 0 };
Point p = { 1, 2 };
return 0;
}
C++11以后想统⼀初始化⽅式,试图实现⼀切对象皆可⽤{}初始化,{}初始化也叫做列表初始化。
内置类型⽀持,⾃定义类型也⽀持,⾃定义类型本质是类型转换,中间会产⽣临时对象,最后优化 了以后变成直接构造。
{}初始化的过程中,可以省略掉=
C++11列表初始化的本意是想实现⼀个⼤统⼀的初始化⽅式,其次他在有些场景下带来的不少便 利,如容器push/inset多参数构造的对象时,{}初始化会很⽅便。
struct Point
{
int _x;
int _y;
};
class Date
{
public:
Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{
cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;
}
Date(const Date& d)
:_year(d._year)
, _month(d._month)
, _day(d._day)
{
cout << "Date(const Date& d)" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
// C++98支持的
int a1[] = { 1,2,3,4,5 };
int a2[5] = { 0 };
Point p = { 1,2 };
// C++11支持的
// 内置类型支持
int x1 = { 2 };
int x2 = 2;
// 自定义类型支持
// 这里本质是用{ 2025, 1, 1}构造一个Date临时对象
// 临时对象再去拷贝构造d1,编译器优化后合二为一变成{ 2025, 1, 1}直接构造初始化d1
// 运行一下,我们可以验证上面的理论,发现是没调用拷贝构造的
Date d1 = { 2025, 1, 1 };
Date d20(2025, 1, 1);
// 这里d2引用的是{ 2024, 7, 25 }构造的临时对象
// const Date& d2 = { 2024, 7, 25 };
// 需要注意的是C++98支持单参数时类型转换,也可以不用{}
Date d3 = { 2025 };//C++11
Date d4 = 2025; //C++98
string str = "1111";
//可以忽略掉=
Point p1{ 1,2 };
int x3{ 2 };
Date d6(2024, 7, 25);
const Date& d7{ 2024,7,25 };
// 不支持,只有{}初始化,才能省略=
//Date d8 2025;
vector<Date> v;
v.push_back(d1);
// v.push_back(Date(2025, 1, 1));//匿名对象
// 比起有名对象和匿名对象传参,这里{}更有性价比
v.push_back({ 2025, 1, 1 });
map<string, string> dict;
dict.insert({ "xxx", "yyyy" });
return 0;
}
上⾯的初始化已经很⽅便,但是对象容器初始化还是不太⽅便,⽐如⼀个vector对象,我想⽤N个 值去构造初始化,那么我们得实现很多个构造函数才能⽀持, vector v1 = {1,2,3};vector v2 = {1,2,3,4,5};
C++11库中提出了⼀个std::initializer_list的类, auto il = { 10, 20, 30 }; // the type of il is an initializer_list ,这个类的本质是底层开⼀个数组,将数据拷⻉ 过来,std::initializer_list内部有两个指针分别指向数组的开始和结束。
这是他的⽂档:initializer_list,std::initializer_list⽀持迭代器遍历。
容器⽀持⼀个std::initializer_list的构造函数,也就⽀持任意多个值构成的 {x1,x2,x3...} 进⾏ 初始化。STL中的容器⽀持任意多个值构成的 {x1,x2,x3...} 进⾏初始化,就是通过 std::initializer_list的构造函数⽀持的。
// STL中的容器都增加了⼀个initializer_list的构造
vector(initializer_list<value_type> il, const allocator_type& alloc =
allocator_type());
list(initializer_list<value_type> il, const allocator_type& alloc =
allocator_type());
map(initializer_list<value_type> il, const key_compare& comp =
key_compare(), const allocator_type& alloc = allocator_type());
// ...
template<class T>
class vector {
public:
typedef T* iterator;
vector(initializer_list<T> l)
{
for (auto e : l)
push_back(e)
}
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _endofstorage = nullptr;
};
// 另外,容器的赋值也⽀持initializer_list的版本
vector& operator= (initializer_list<value_type> il);
map& operator= (initializer_list<value_type> il);
#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
#include<map>
using namespace std;
int main()
{
std::initializer_list<int> mylist;
mylist = { 10, 20, 30 };
cout << sizeof(mylist) << endl;
// 这⾥begin和end返回的值initializer_list对象中存的两个指针
// 这两个指针的值跟i的地址跟接近,说明数组存在栈上
int i = 0;
cout << mylist.begin() << endl;
cout << mylist.end() << endl;
cout << &i << endl;
// {}列表中可以有任意多个值
// 这两个写法语义上还是有差别的,第⼀个v1是直接构造,
// 第⼆个v2是构造临时对象+临时对象拷⻉v2+优化为直接构造
vector<int> v1({ 1,2,3,4,5 });
vector<int> v2 = { 1,2,3,4,5 };
const vector<int>& v3 = { 1,2,3,4,5 };
// 这⾥是pair对象的{}初始化和map的initializer_list构造结合到⼀起⽤了
map<string, string> dict = { {"sort", "排序"}, {"string", "字符串"} };
// initializer_list版本的赋值⽀持
v1 = { 10,20,30,40,50 };
return 0;
}
C++98的C++语法中就有引⽤的语法,⽽C++11中新增了的右值引⽤语法特性,C++11之后我们之前学 习的引⽤就叫做左值引⽤。⽆论左值引⽤还是右值引⽤,都是给对象取别名。
左值是⼀个表⽰数据的表达式(如变量名或解引⽤的指针),⼀般是有持久状态,存储在内存中,我 们可以获取它的地址,左值可以出现赋值符号的左边,也可以出现在赋值符号右边。定义时const 修饰符后的左值,不能给他赋值,但是可以取它的地址。
右值也是⼀个表⽰数据的表达式,要么是字⾯值常量、要么是表达式求值过程中创建的临时对象 等,右值可以出现在赋值符号的右边,但是不能出现出现在赋值符号的左边,右值不能取地址。
值得⼀提的是,左值的英⽂简写为lvalue,右值的英⽂简写为rvalue。传统认为它们分别是left value、right value 的缩写。现代C++中,lvalue 被解释为loactor value的缩写,可意为存储在内 存中、有明确存储地址可以取地址的对象,⽽ rvalue 被解释为 read value,指的是那些可以提供 数据值,但是不可以寻址,例如:临时变量,字⾯量常量,存储于寄存器中的变量等,也就是说左 值和右值的核⼼区别就是能否取地址。
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{
// 左值:可以取地址
// 以下的p、b、c、*p、s、s[0]就是常⻅的左值
int* p = new int(0);
int b = 1;
const int c = b;
*p = 10;
string s("111111");
s[0] = 'x';
cout << &c << endl;
cout << (void*)&s[0] << endl;
// 右值:不能取地址
double x = 1.1, y = 2.2;
// 以下⼏个10、x + y、fmin(x, y)、string("11111")都是常⻅的右值
10;
x + y;
fmin(x, y);
string("11111");
//cout << &10 << endl;
//cout << &(x+y) << endl;
//cout << &(fmin(x, y)) << endl;
//cout << &string("11111") << endl;
return 0;
}
Type& r1 = x; Type&& rr1 = y; 第⼀个语句就是左值引⽤,左值引⽤就是给左值取别 名,第⼆个就是右值引⽤,同样的道理,右值引⽤就是给右值取别名。
左值引⽤不能直接引⽤右值,但是const左值引⽤可以引⽤右值
右值引⽤不能直接引⽤左值,但是右值引⽤可以引⽤move(左值)
template typename remove_reference::type&& move (T&& arg);
template <class _Ty>
remove_reference_t<_Ty>&& move(_Ty&& _Arg)
{ // forward _Arg as movable
return static_cast<remove_reference_t<_Ty>&&>(_Arg);
}
move是库⾥⾯的⼀个函数模板,本质内部是进⾏强制类型转换,当然他还涉及⼀些引⽤折叠的知 识,这个我们后⾯会细讲。
需要注意的是变量表达式都是左值属性,也就意味着⼀个右值被右值引⽤绑定后,右值引⽤变量变 量表达式的属性是左值
语法层⾯看,左值引⽤和右值引⽤都是取别名,不开空间。从汇编底层的⻆度看下⾯代码中r1和rr1 汇编层实现,底层都是⽤指针实现的,没什么区别。底层汇编等实现和上层语法表达的意义有时是 背离的,所以不要然到⼀起去理解,互相佐证,这样反⽽是陷⼊迷途。
int main()
{
// 左值:可以取地址
// 以下的p、b、c、*p、s、s[0]就是常见的左值
int* p = new int(0);
int b = 1;
const int c = b;
*p = 10;
string s("11111");
s[0] = 'x';
cout << &c << endl;
cout << (void*)&s[0] << endl;//强转void*为了查看地址
// 左值引用给左值取别名
int& r1 = b;
int*& r2 = p;
int& r3 = *p;
string r4 = s;
char& r5 = s[0];
// 右值:不能取地址
double x = 1.1, y = 2.2;
// 以下几个10、x + y、fmin(x, y)、string("11111")都是常见的右值
//10;
//x + y;
//fmin(x, y);
//string("11111");
/*cout << &10 << endl;
cout << &(x+y) << endl;
cout << &(fmin(x, y)) << endl;
cout << &string("11111") << endl;*/
// 右值引用给右值取别名
int&& rr1 = 10;
double&& rr2 = x + y;
double&& rr3 = fmin(x, y);
string&& rr4 = string("11111");
// 左值引用不能直接引用右值,但是const左值引用可以引用右值
const int& rx1 = 10;
const double& rx2 = x + y;
const double& rx3 = fmin(x, y);
const string& rx4 = string("11111");
// 右值引用不能直接引用左值,但是右值引用可以引用move(左值)
int&& rrx1 = move(b);
int*&& rrx2 = move(p);
int&& rrx3 = move(*p);
string&& rrx4 = move(s);
string&& rrx5 = (string&&)s;
// b、r1、rr1都是变量表达式,都是左值
cout << &b << endl;
cout << &r1 << endl;
cout << &rr1 << endl;
// int&& rr1 = 10;
// 这里要注意的是,rr1的属性是左值,所以不能再被右值引用绑定,除非move一下
int& r6 = rr1;
//int&& rrx6 = rr1;
int&& rrx6 = move(rr1);
return 0;
}
右值引⽤可⽤于为临时对象延⻓⽣命周期,const 的左值引⽤也能延⻓临时对象⽣存期,但这些对象⽆ 法被修改。
int main()
{
std::string s1 = "Test";
// std::string&& r1 = s1; // 错误:不能绑定到左值
const std::string& r2 = s1 + s1; // OK:到 const 的左值引⽤延⻓⽣存期
// r2 += "Test"; // 错误:不能通过到 const 的引⽤修改
std::string&& r3 = s1 + s1; // OK:右值引⽤延⻓⽣存期
r3 += "Test"; // OK:能通过到非 const 的引⽤修改
std::cout << r3 << '\n';
return 0;
}
C++98中,我们实现⼀个const左值引⽤作为参数的函数,那么实参传递左值和右值都可以匹配。
C++11以后,分别重载左值引⽤、const左值引⽤、右值引⽤作为形参的f函数,那么实参是左值会 匹配f(左值引⽤),实参是const左值会匹配f(const 左值引⽤),实参是右值会匹配f(右值引⽤)。
右值引⽤变量在⽤于表达式时属性是左值,这个设计这⾥会感觉跟怪,下⼀⼩节我们讲右值引⽤的 使⽤场景时,就能体会这样设计的价值了
#include<iostream>
using namespace std;
void f(int& x)
{
std::cout << "左值引用重载 f(" << x << ")\n";
}
void f(const int& x)
{
std::cout << "到 const 的左值引用重载 f(" << x << ")\n";
}
void f(int&& x)
{
std::cout << "右值引用重载 f(" << x << ")\n";
}
int main()
{
int i = 1;
const int ci = 2;
f(i); // 调⽤ f(int&)
f(ci); // 调⽤ f(const int&)
f(3); // 调⽤ f(int&&),如果没有 f(int&&) 重载则会调⽤ f(const int&)
f(std::move(i)); // 调⽤ f(int&&)
// 右值引⽤变量在⽤于表达式时是左值
int&& x = 1;
f(x); // 调⽤ f(int& x)
f(std::move(x)); // 调⽤ f(int&& x)
return 0;
}
左值引⽤主要使⽤场景是在函数中左值引⽤传参和左值引⽤传返回值时减少拷⻉,同时还可以修改实 参和修改返回对象的价值。左值引⽤已经解决⼤多数场景的拷⻉效率问题,但是有些场景不能使⽤传 左值引⽤返回,如addStrings和generate函数,C++98中的解决⽅案只能是被迫使⽤输出型参数解 决。那么C++11以后这⾥可以使⽤右值引⽤做返回值解决吗?显然是不可能的,因为这⾥的本质是返回 对象是⼀个局部对象,函数结束这个对象就析构销毁了,右值引⽤返回也⽆法概念对象已经析构销毁 的事实。
class Solution {
public:
// 传值返回需要拷贝
xc::string addStrings(xc::string num1, xc::string num2) {
xc::string str;
int end1 = num1.size() - 1, end2 = num2.size() - 1;
// 进位
int next = 0;
while (end1 >= 0 || end2 >= 0)
{
int val1 = end1 >= 0 ? num1[end1--] - '0' : 0;
int val2 = end2 >= 0 ? num2[end2--] - '0' : 0;
int ret = val1 + val2 + next;
next = ret / 10;
ret = ret % 10;
str += ('0' + ret);
}
if (next == 1)
str += '1';
reverse(str.begin(), str.end());
//cout << &str << endl;
return str;
}
};
class Solution {
public:
// 这⾥的传值返回拷⻉代价就太⼤了
vector<vector<int>> generate(int numRows) {
vector<vector<int>> vv(numRows);
for (int i = 0; i < numRows; ++i)
{
vv[i].resize(i + 1, 1);
}
for (int i = 2; i < numRows; ++i)
{
for (int j = 1; j < i; ++j)
{
vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];
}
}
return vv;
}
};
移动构造函数是⼀种构造函数,类似拷⻉构造函数,移动构造函数要求第⼀个参数是该类类型的引 ⽤,但是不同的是要求这个参数是右值引⽤,如果还有其他参数,额外的参数必须有缺省值。
移动赋值是⼀个赋值运算符的重载,他跟拷⻉赋值构成函数重载,类似拷⻉赋值函数,移动赋值函 数要求第⼀个参数是该类类型的引⽤,但是不同的是要求这个参数是右值引⽤。
对于像string/vector这样的深拷⻉的类或者包含深拷⻉的成员变量的类,移动构造和移动赋值才有 意义,因为移动构造和移动赋值的第⼀个参数都是右值引⽤的类型,他的本质是要“窃取”引⽤的 右值对象的资源,⽽不是像拷⻉构造和拷⻉赋值那样去拷⻉资源,从提⾼效率。下⾯的bit::string 样例实现了移动构造和移动赋值,我们需要结合场景理解。
移动构造函数和移动赋值运算符是 C++11 引入的重要特性,它们通过“窃取”临时对象的资源,避免了不必要的深拷贝,从而提高了性能。
为什么要使用“移动”而不是“拷贝”?
namespace xc
{
class string
{
public:
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return _str + _size;
}
const_iterator begin() const
{
return _str;
}
const_iterator end() const
{
return _str + _size;
}
string(const char* str = "")
:_size(strlen(str))
, _capacity(_size)
{
cout << "string(char* str)-构造" << endl;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}
// 拷贝构造
string(const string& s)
:_str(nullptr)
{
cout << "string(const string& s) -- 拷贝构造" << endl;
reserve(s._capacity);
for (auto ch : s)
{
push_back(ch);
}
}
void swap(string& ss)
{
::swap(_str, ss._str);
::swap(_size, ss._size);
::swap(_capacity, ss._capacity);
}
//移动构造
string(string&& s)
{
cout << "string(string&& s) -- 移动构造" << endl;
// 转移掠夺你的资源
swap(s);
}
string& operator=(const string& s)
{
cout << "string& operator=(const string& s) -- 拷贝赋值" <<
endl;
if (this != &s)
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
reserve(s._capacity);
for (auto ch : s)
{
push_back(ch);
}
}
return *this;
}
// 移动赋值
string& operator=(string&& s)
{
cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动赋值" << endl;
swap(s);
return *this;
}
~string()
{
//cout << "~string() -- 析构" << endl;
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
char& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n + 1];
if (_str)
{
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;
}
const char* c_str() const
{
return _str;
}
size_t size() const
{
return _size;
}
private:
char* _str = nullptr;
size_t _size = 0;
size_t _capacity = 0;
};
}
class Solution {
public:
// 传值返回需要拷贝
xc::string addStrings(xc::string num1, xc::string num2) {
xc::string str;
int end1 = num1.size() - 1, end2 = num2.size() - 1;
// 进位
int next = 0;
while (end1 >= 0 || end2 >= 0)
{
int val1 = end1 >= 0 ? num1[end1--] - '0' : 0;
int val2 = end2 >= 0 ? num2[end2--] - '0' : 0;
int ret = val1 + val2 + next;
next = ret / 10;
ret = ret % 10;
str += ('0' + ret);
}
if (next == 1)
str += '1';
reverse(str.begin(), str.end());
//cout << &str << endl;
return str;
}
};
// 场景1
int main()
{
xc::string ret = Solution().addStrings("1111111111111", "222222222222");
cout << ret.c_str() << endl;
return 0;
}
// 场景2
int main()
{
xc::string ret;
ret = Solution().addStrings("11111111111", "2222222222222");
cout << ret.c_str() << endl;
return 0;
}
右值对象构造,只有拷⻉构造,没有移动构造的场景
图1展⽰了vs2019 debug环境下编译器对拷⻉的优化,左边为不优化的情况下,两次拷⻉构造,右 边为编译器优化的场景下连续步骤中的拷⻉合⼆为⼀变为⼀次拷⻉构造。
需要注意的是在vs2019的release和vs2022的debug和release,下⾯代码优化为⾮常恐怖,会直接 将str对象的构造,str拷⻉构造临时对象,临时对象拷⻉构造ret对象,合三为⼀,变为直接构造。 变为直接构造。要理解这个优化要结合局部对象⽣命周期和栈帧的⻆度理解,如图3所⽰。
linux下可以将下⾯代码拷⻉到test.cpp⽂件,编译时⽤ g++ test.cpp -fno-elideconstructors 的⽅式关闭构造优化,运⾏结果可以看到图1左边没有优化的两次拷⻉。
右值对象构造,有拷⻉构造,也有移动构造的场景
图2展⽰了vs2019 debug环境下编译器对拷⻉的优化,左边为不优化的情况下,两次移动构造,右 边为编译器优化的场景下连续步骤中的拷⻉合⼆为⼀变为⼀次移动构造。
需要注意的是在vs2019的release和vs2022的debug和release,下⾯代码优化为⾮常恐怖,会直接 将str对象的构造,str拷⻉构造临时对象,临时对象拷⻉构造ret对象,合三为⼀,变为直接构造。 要理解这个优化要结合局部对象⽣命周期和栈帧的⻆度理解,如图3所⽰。
linux下可以将下⾯代码拷⻉到test.cpp⽂件,编译时⽤ g++ test.cpp -fno-elideconstructors 的⽅式关闭构造优化,运⾏结果可以看到图1左边没有优化的两次移动。
右值对象赋值,只有拷⻉构造和拷⻉赋值,没有移动构造和移动赋值的场景
图4左边展⽰了vs2019 debug和 g++ test.cpp -fno-elide-constructors 关闭优化环境下编译器的处理,⼀次拷⻉构造,⼀次拷⻉赋值。
需要注意的是在vs2019的release和vs2022的debug和release,下⾯代码会进⼀步优化,直接构造 要返回的临时对象,str本质是临时对象的引⽤,底层⻆度⽤指针实现。运⾏结果的⻆度,我们可以 看到str的析构是在赋值以后,说明str就是临时对象的别名。
右值对象赋值,既有拷⻉构造和拷⻉赋值,也有移动构造和移动赋值的场景
图5左边展⽰了vs2019 debug和 g++ test.cpp -fno-elide-constructors 关闭优化环境 下编译器的处理,⼀次移动构造,⼀次移动赋值。
需要注意的是在vs2019的release和vs2022的debug和release,下⾯代码会进⼀步优化,直接构造 要返回的临时对象,str本质是临时对象的引⽤,底层⻆度⽤指针实现。运⾏结果的⻆度,我们可以 看到str的析构是在赋值以后,说明str就是临时对象的别名。
总结: 左值引用和右值引用最终目的减少拷贝、提高效率,左值引用还可以修改参数/返回值,方便使用。 左值引用不足: 部分函数返回场景,只能传值返回,不能左值引用返回。如:当前函数局部对象,出了当前函数作用域生命周期到了,就销毁了,不能用左值引用返回,只能传值返回。 解决方案1: 不用返回值,用输出型参数解决 -牺牲可读性 解决方案2:编译器的优化(非标,不同的编译器优化可能不同) 解决方案3:新标准新语法处理(右值引用和移动意义)
查看STL⽂档我们发现C++11以后容器的push和insert系列的接⼝增加的右值引⽤版本
当实参是⼀个左值时,容器内部继续调⽤拷⻉构造进⾏拷⻉,将对象拷⻉到容器空间中的对象
当实参是⼀个右值,容器内部则调⽤移动构造,右值对象的资源到容器空间的对象上
把我们之前模拟实现的xc::list拷⻉过来,⽀持右值引⽤参数版本的push_back和insert
其实这⾥还有⼀个emplace系列的接⼝,但是这个涉及可变参数模板,我们需要把可变参数模板讲 解以后再讲解emplace系列的接⼝。
int main()
{
std::list<xc::string> lt;
xc::string s1("111111111111111111111");
lt.push_back(s1);
cout << "*************************" << endl;
lt.push_back(xc::string("22222222222222222222222222222"));
cout << "*************************" << endl;
lt.push_back("3333333333333333333333333333");
cout << "*************************" << endl;
lt.push_back(move(s1));
cout << "*************************" << endl;
return 0;
}
运行结果:
// List.h
// 以下代码为了控制课件篇幅,把跟这⾥⽆关的接⼝都删除了
namespace xc
{
template<class T>
struct ListNode
{
ListNode<T>* _next;
ListNode<T>* _prev;
T _data;
ListNode(const T& data = T())
:_next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _data(data)
{}
ListNode(T&& data)
:_next(nullptr)
, _prev(nullptr)
, _data(move(data))
{}
};
template<class T, class Ref, class Ptr>
struct ListIterator
{
typedef ListNode<T> Node;
typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
Node* _node;
ListIterator(Node* node)
:_node(node)
{}
Self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
Ref operator*()
{
return _node->_data;
}
bool operator!=(const Self & it)
{
return _node != it._node;
}
};
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> Node;
public:
typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
iterator begin()
{
return iterator(_head->_next);
}
iterator end()
{
return iterator(_head);
}
void empty_init()
{
_head = new Node();
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
list()
{
empty_init();
}
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
void push_back(T&& x)
{
insert(end(), move(x));
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
Node * cur = pos._node;
Node* newnode = new Node(x);
Node* prev = cur->_prev;
// prev newnode cur
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
return iterator(newnode);
}
iterator insert(iterator pos, T&& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* newnode = new Node(move(x));
Node* prev = cur->_prev;
// prev newnode cur
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
return iterator(newnode);
}
private:
Node* _head;
};
}
// Test.cpp
#include"List.h"
int main()
{
xc::list<xc::string> lt;
cout << "*************************" << endl;
xc::string s1("111111111111111111111");
lt.push_back(s1);
cout << "*************************" << endl;
lt.push_back(xc::string("22222222222222222222222222222"));
cout << "*************************" << endl;
lt.push_back("3333333333333333333333333333");
cout << "*************************" << endl;
lt.push_back(move(s1));
cout << "*************************" << endl;
return 0;
}
总结:在C++中,传值方式虽然简单,但可能会引发性能问题,尤其是在传递大型对象时。拷贝一个大的对象可能涉及大量的内存分配和数据复制。而右值引用和移动语义提供了一种解决方案,可以避免不必要的拷贝,提高程序效率。
C++11以后,进⼀步对类型进⾏了划分,右值被划分纯右值(pure value,简称prvalue)和将亡值 (expiring value,简称xvalue)。
纯右值是指那些字⾯值常量或求值结果相当于字⾯值或是⼀个不具名的临时对象。如: 42、 true、nullptr 或者类似 str.substr(1, 2)、str1 + str2 传值返回函数调⽤,或者整 形 a、b,a++,a+b 等。纯右值和将亡值C++11中提出的,C++11中的纯右值概念划分等价于 C++98中的右值。
将亡值是指返回右值引⽤的函数的调⽤表达式和转换为右值引⽤的转换函数的调⽤表达,如 move(x)、static_cast<X&&)(x) (强制类型装换,等价:(X&&)x)
泛左值(generalized value,简称glvalue),泛左值包含将亡值和左值。
值类别 - cppreference.com 和 Value categories这两个关于值类型的中⽂和英⽂的官⽅⽂档,有兴 趣可以了解细节。
C++中不能直接定义引⽤的引⽤如 int& && r = i; ,这样写会直接报错,通过模板或 typedef 中的类型操作可以构成引⽤的引⽤。
通过模板或 typedef 中的类型操作可以构成引⽤的引⽤时,这时C++11给出了⼀个引⽤折叠的规 则:右值引⽤的右值引⽤折叠成右值引⽤,所有其他组合均折叠成左值引⽤。
下⾯的程序中很好的展⽰了模板和typedef时构成引⽤的引⽤时的引⽤折叠规则,⼤家需要⼀个⼀ 个仔细理解⼀下。
像f2这样的函数模板中,T&& x参数看起来是右值引⽤参数,但是由于引⽤折叠的规则,他传递左 值时就是左值引⽤,传递右值时就是右值引⽤,有些地⽅也把这种函数模板的参数叫做万能引⽤。
Function(T&& t)函数模板程序中,假设实参是int右值,模板参数T的推导int,实参是int左值,模板参数T的推导int&,再结合引⽤折叠规则,就实现了实参是左值,实例化出左值引⽤版本形参的 Function,实参是右值,实例化出右值引⽤版本形参的Function。
1.T& & -> T& 2.T& && ->T& 3.T&& &-> T& 4.T&& &&->T&&
//由于引用折叠限定,f1实例化以后总是一个左值引用
template<class T>
void f1(T& x)
{}
// 由于引用折叠限定,f2实例化后可以是左值引用,也可以是右值引用
template<class T>
void f2(T&& x)
{}
int main()
{
typedef int& lref;
typedef int&& rref;
int n = 0;
//引用折叠
lref& r1 = n;//r1的类型是int&
lref&& r2 = n;//r2的类型是int&
rref& r3 = n;//r3的类型是int&
rref&& r4 = 1;//r4的类型是int&&
//没有折叠->实例化为void f1(int& x)
f1<int>(n);
//f1<int>(0);//报错:没有与参数列表匹配的 函数模板 "f1" 实例
// 折叠->实例化为void f1(int& x)
f1<int&>(n);
//f1<int&>(0); // 报错
// 折叠->实例化为void f1(int& x)
f1<int&&>(n);
//f1<int&&>(0); // 报错
// 折叠->实例化为void f1(const int& x)
f1<const int&>(n);
f1<const int&>(0);
// 没有折叠->实例化为void f2(int&& x)
//f2<int>(n);//报错
f2<int>(0);
// 折叠->实例化为void f2(int& x)
f2<int&>(n);
//f2<int&>(0); // 报错
// 折叠->实例化为void f2(int&& x)
//f2<int&&>(n); // 报错
f2<int&&>(0);
return 0;
}
Function(T&& t)函数模板程序中,传左值实例化以后是左值引⽤的Function函数,传右值实例化 以后是右值引⽤的Function函数。
但是结合我们在5.2章节的讲解,变量表达式都是左值属性,也就意味着⼀个右值被右值引⽤绑定 后,右值引⽤变量表达式的属性是左值,也就是说Function函数中t的属性是左值,那么我们把t传 递给下⼀层函数Fun,那么匹配的都是左值引⽤版本的Fun函数。这⾥我们想要保持t对象的属性, 就需要使⽤完美转发实现。
template T&& forward (typename remove_reference::type& arg);
template T&& forward (typename remove_reference::type&& arg);
完美转发forward本质是⼀个函数模板,他主要还是通过引⽤折叠的⽅式实现,下⾯⽰例中传递给 Function的实参是右值,T被推导为int,没有折叠,forward内部t被强转为右值引⽤返回;传递给 Function的实参是左值,T被推导为int&,引⽤折叠为左值引⽤,forward内部t被强转为左值引⽤ 返回。
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<class T>
void Function(T&& t)
{
Fun(forward<T> (t));
//Fun(t);
}
int main()
{
// 10是右值,推导出T为int,模板实例化为void Function(int&& t)
Function(10);//右值
int a;
// a是左值,推导出T为int&,引用折叠,模板实例化为void Function(int& t)
Function(a);//左值
// std::move(a)是右值,推导出T为int,模板实例化为void Function(int&& t)
Function(std::move(a)); // 右值
const int b = 8;
//a是左值,推导出T为const int&,引用折叠,模板实例化为void Function(const int&t)
Function(b);//const左值
// std::move(b)右值,推导出T为const int,模板实例化为void Function(const int&&t)
Function(std::move(b)); // const 右值
return 0;
}
还可以用万能引用
//万能引用
template<class T>
void Function(T&& t)
{
int a = 0;
T x = a;
//x++;
cout << &a << endl;
cout << &x << endl << endl;
}
int main()
{
// 10是右值,推导出T为int,模板实例化为void Function(int&& t)
Function(10);
int a;
// a是左值,推导出T为int&,引用折叠,模板实例化为void Function(int& t)
Function(a); // 左值
// std::move(a)是右值,推导出T为int,模板实例化为void Function(int&& t)
Function(std::move(a));
const int b = 8;
// b是左值,推导出T为const int&,引用折叠,模板实例化为void Function(const int& t)
// 所以Function内部会编译报错,x不能++
Function(b); // const 左值
// std::move(b)右值,推导出T为const int,模板实例化为void Function(const int&& t)
// 所以Function内部会编译报错,x不能++
Function(std::move(b)); // const 右值
return 0;
}
C++11⽀持可变参数模板,也就是说⽀持可变数量参数的函数模板和类模板,可变数⽬的参数被称 为参数包,存在两种参数包:模板参数包,表⽰零或多个模板参数;函数参数包:表⽰零或多个函 数参数。
template void Func(Args... args) {}
template void Func(Args&... args) {}
template void Func(Args&&... args) {}
我们⽤省略号来指出⼀个模板参数或函数参数的表⽰⼀个包,在模板参数列表中,class...或 typename...指出接下来的参数表⽰零或多个类型列表;在函数参数列表中,类型名后⾯跟...指出 接下来表⽰零或多个形参对象列表;函数参数包可以⽤左值引⽤或右值引⽤表⽰,跟前⾯普通模板 ⼀样,每个参数实例化时遵循引⽤折叠规则。
可变参数模板的原理跟模板类似,本质还是去实例化对应类型和个数的多个函数。
这⾥我们可以使⽤sizeof...运算符去计算参数包中参数的个数
template <class ...Args>
void Print(Args&&... args)
{
cout << sizeof...(args) << endl;
}
int main()
{
double x = 2.2;
Print(); // 包⾥有0个参数
Print(1); // 包⾥有1个参数
Print(1, string("xxxxx")); // 包⾥有2个参数
Print(1.1, string("xxxxx"), x); // 包⾥有3个参数
return 0;
}
运行结果
// 原理1:编译本质这⾥会结合引⽤折叠规则实例化出以下四个函数 void Print(); void Print(int&& arg1); void Print(int&& arg1, string&& arg2); void Print(double&& arg1, string&& arg2, double& arg3); 原理2:更本质去看没有可变参数模板,我们实现出这样的多个函数模板才能⽀持 这⾥的功能,有了可变参数模板,我们进⼀步被解放,他是类型泛化基础 上叠加数量变化,让我们泛型编程更灵活。 template <class T1> void Print(T1&& arg1); template <class T1, class T2> void Print(T1&& arg1, T2&& arg2); template <class T1, class T2, class T3> void Print(T1&& arg1, T2&& arg2, T3&& arg3); ...
对于⼀个参数包,我们除了能计算他的参数个数,我们能做的唯⼀的事情就是扩展它,当扩展⼀个 包时,我们还要提供⽤于每个扩展元素的模式,扩展⼀个包就是将它分解为构成的元素,对每个元 素应⽤模式,获得扩展后的列表。我们通过在模式的右边放⼀个省略号(...)来触发扩展操作。底层 的实现细节如图1所⽰。
C++还⽀持更复杂的包扩展,直接将参数包依次展开依次作为实参给⼀个函数去处理。
不支持如下这样
// 可变模板参数
// 参数类型可变
// 参数个数可变
// 打印参数包内容
//template <class ...Args>
//void Print(Args... args)
//{
// // 可变参数模板编译时解析
// // 下⾯是运⾏获取和解析,所以不⽀持这样⽤
// cout << sizeof...(args) << endl;
// for (size_t i = 0; i < sizeof...(args); i++)
// {
// cout << args[i] << " ";
// }
// cout << endl;
//}
template <class ...Args>
//包扩展(解析出参数包的内容)
void ShowList()
{
//编译时递归的终止条件,参数包时0个时,直接匹配这个参数
cout << endl;
}
template <class T,class ...Args>
void ShowList(T&& x, Args&&... args)
{
//运行时
/*if (sizeof...(args) == 0);
return;*/
cout << x << " ";
//args是N个参数的参数包
// 调用ShowList,参数包的第一个传给x,剩下N-1传给第二个参数包
ShowList(args...);
}
// 编译时递归推导解析参数
template<class ...Args>
void Print(Args... args)
{
ShowList(args...);
}
int main()
{
Print();
Print(1);
Print(1, string("xxxxx"));
Print(1, string("xxxxx"), 2.2);
return 0;
}
本质是这样的
//包扩展
template <class T>
const T& GetArg(const T& x)
{
cout << x << " ";
return x;
}
template<class ...Args>
void Arguments(Args... args)
{}
template <class ...Args>
void Print(Args... args)
{
// 注意GetArg必须返回对象,这样才能组成参数包给Arguments
Arguments(GetArg(args)...);
}
// 本质可以理解为编译器编译时,包的扩展模式
// 将上⾯的函数模板扩展实例化为下⾯的函数
// 是不是很抽象,C++11以后,只能说委员会的⼤佬设计语法思维跳跃得太厉害
//void Print(int x, string y, double z)
//{
// Arguments(GetArg(x), GetArg(y), GetArg(z));
//}
int main()
{
Print(1, string("xxxxx"), 2.2);
return 0;
}
template <class... Args> void emplace_back(Args&&... args);
template <class... Args> iterator emplace(const_iterator position,Args&&... args);
C++11以后STL容器新增了empalce系列的接⼝,empalce系列的接⼝均为模板可变参数,功能上 兼容push和insert系列,但是empalce还⽀持新玩法,假设容器为container,empalce还⽀持 直接插⼊构造T对象的参数,这样有些场景会更⾼效⼀些,可以直接在容器空间上构造T对象。
emplace_back总体⽽⾔是更⾼效,推荐以后使⽤emplace系列替代insert和push系列
第⼆个程序中我们模拟实现了list的emplace和emplace_back接⼝,这⾥把参数包不段往下传递, 最终在结点的构造中直接去匹配容器存储的数据类型T的构造,所以达到了前⾯说的empalce⽀持 直接插⼊构造T对象的参数,这样有些场景会更⾼效⼀些,可以直接在容器空间上构造T对象。
传递参数包过程中,如果是 Args&&... args 的参数包,要⽤完美转发参数包,⽅式如下 std::forward(args)... ,否则编译时包扩展后右值引⽤变量表达式就变成了左值。
emplace_back总体⽽⾔是更⾼效,推荐以后使⽤emplace系列替代insert和push系列
#pragma once
#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
#include <vector>
#include<list>
using namespace std;
namespace xc
{
template<class T>
struct list_node
{
T _data;
list_node<T>* _next;
list_node<T>* _prev;
/*list_node(const T& data = T())
: _data(data)
, _next(nullptr)
, _prev(nullptr)
{}
list_node(T&& data)
: _data(forward<T>(data))
, _next(nullptr)
, _prev(nullptr)
{}*/
list_node() = default; //强制生成默认构造
template <class... Args>
list_node(Args&&... args)
:_data(std::forward<Args>(args)...)
, _next(nullptr)
, _prev(nullptr)
{}
};
//const_iterator
template <class T, class Ref, class Ptr>
struct list_iterator
{
typedef list_node<T> Node;
typedef list_iterator< T, Ref, Ptr>Self;
Node* _node;
list_iterator(Node* node)
: _node(node)
{}
Ref& operator*()
{
return _node->_data;
}
Ptr operator->()
{
return &_node->_data;
}
Self& operator++()
{
_node = _node->_next;
return *this;
}
Self& operator--()
{
_node = _node->_prev;
return *this;
}
bool operator != (const Self& s) const
{
return _node != s._node;
}
bool operator==(const Self& s)const
{
return _node == s.node;
}
};
template <class T>
class list
{
typedef list_node<T> Node;
public:
typedef list_iterator<T, T&, T*>iterator;
typedef list_iterator<T, const T&, const T*>const_iterator;
iterator begin()
{
return _head->_next;
}
iterator end()
{
return _head;
}
const_iterator begin()const
{
return _head->_next;
}
const_iterator end()const
{
return _head;
}
void empty_init()
{
_head = new Node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
_size = 0;
}
list()
{
empty_init();
}
list(initializer_list <T> lt)
{
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
//lt2(lt1)
list(const list<T>& lt)
{
empty_init();
for (auto& e : lt)
{
push_back(e);
}
}
//lt1 = lt3
list<T>& operator= (list<T> lt)
{
swap(lt);
return *this;
}
~list()
{
clear();
delete _head;
_head = nullptr;
}
void clear()
{
auto it = begin();
while (it != end())
{
it = erase(it);
}
}
void swap(list<T>& lt)
{
std::swap(_head, lt._head);
std::swap(_size, lt._size);
}
void push_back(const T& x)
{
insert(end(), x);
}
void push_back(T&& x)
{
insert(end(), forward<T>(x));
}
//如果使用万能引用那么隐饰类型转换不了
//万能引用
//template<class X>
//void push_back(X&& x)
//{
// insert(end(), forward<X>(x));
//}
template <class... Args>
void emplace_back(Args&&... args)
{
insert(end(), std::forward<Args>(args)...);
}
template<class X>
iterator insert(iterator pos, X&& x)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* newnode = new Node(forward<X>(x));
//prev newnode cur
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
newnode->_prev = prev;
prev->_next = newnode;
++_size;
return newnode;
}
template<class... Args>
iterator insert(iterator pos,Args&&... args)
{
Node* cur = pos._node;
Node* prev = cur->_prev;
Node* newnode = new Node(std::forward<Args>(args)...);
//prev newnode cur
newnode->_next = cur;
cur->_prev = newnode;
newnode->_prev = prev;
prev->_next = newnode;
++_size;
return newnode;
}
void push_front(const T& x)
{
insert(begin(), x);
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
void pop_front()
{
erase(begin());
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos != end());
Node* prev = pos._node->_prev;
Node* next = pos._node->_next;
prev->_next = next;
next->_prev = prev;
delete pos._node;
--_size;
return next;
}
size_t size() const
{
return _size;
}
bool empty()const
{
return _size == 0;
}
private:
Node* _head;
size_t _size;
};
}
原理:本质编译器根据可变参数模板⽣成对应参数的函数
/*void emplace_back(string& s)
{
insert(end(), std::forward<string>(s));
}
void emplace_back(string&& s)
{
insert(end(), std::forward<string>(s));
}
void emplace_back(const char* s)
{
insert(end(), std::forward<const char*>(s));
}
*/