本篇內(nèi)容主要講解“如何理解c++右值引用和移動構(gòu)造”，感興趣的朋友不妨來看看。本文介紹的方法操作簡單快捷，實用性強。下面就讓小編來帶大家學習“如何理解c++右值引用和移動構(gòu)造”吧!

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 右值引用解決的是各種情形下對象的資源所有權(quán)轉(zhuǎn)移的問題。

 c++11之前，移動語義的缺失是C++最令人詬病的問題之一。舉個栗子：

 問題一：如何將大象放入冰箱？
 這個答案是眾所周知的。首先你需要有一臺特殊的冰箱，這臺冰箱是為了裝下大象而制造的。你打開冰箱門，將大象放入冰箱，然后關(guān)上冰箱門。

 問題二：如何將大象從一臺冰箱轉(zhuǎn)移到另一臺冰箱？
 普通解答：打開冰箱門，取出大象，關(guān)上冰箱門，打開另一臺冰箱門，放進大象，關(guān)上冰箱門。
 2B解答：在第二個冰箱中啟動量子復制系統(tǒng)，克隆一只完全相同的大象，然后啟動高能激光將第一個冰箱內(nèi)的大象氣化消失。
 等等，這個2B解答聽起來很耳熟，這不就是C++中要移動一個對象時所做的事情嗎？

 “移動”，這是一個三歲小孩都明白的概念。將大象（資源）從一臺冰箱（對象）移動到另一臺冰箱，這個行為是如此自然，沒有任何人會采用先復制大象，再銷毀大象這樣匪夷所思的方法。C++通過拷貝構(gòu)造函數(shù)和拷貝賦值操作符為類設計了拷貝/復制的概念，但為了實現(xiàn)對資源的移動操作，調(diào)用者必須使用先復制、再析構(gòu)的方式。否則，就需要自己實現(xiàn)移動資源的接口。

 為了實現(xiàn)移動語義，首先需要解決的問題是，如何標識對象的資源是可以被移動的呢？這種機制必須以一種最低開銷的方式實現(xiàn)，并且對所有的類都有效。C++的設計者們注意到，大多數(shù)情況下，右值所包含的對象都是可以安全的被移動的。

 右值（相對應的還有左值）是從C語言設計時就有的概念，但因為其如此基礎，也是一個最常被忽略的概念。不嚴格的來說，左值對應變量的存儲位置，而右值對應變量的值本身(也可以理解為是否持久化)。C++中右值可以被賦值給左值或者綁定到引用。類的右值是一個臨時對象，如果沒有被綁定到引用，在表達式結(jié)束時就會被廢棄。于是我們可以在右值被廢棄之前，移走它的資源進行廢物利用，從而避免無意義的復制。被移走資源的右值在廢棄時已經(jīng)成為空殼，析構(gòu)的開銷也會降低。

 右值中的數(shù)據(jù)可以被安全移走這一特性使得右值被用來表達移動語義。以同類型的右值構(gòu)造對象時，需要以引用形式傳入?yún)?shù)。右值引用顧名思義專門用來引用右值，左值引用和右值引用可以被分別重載，這樣確保左值和右值分別調(diào)用到拷貝和移動的兩種語義實現(xiàn)。對于左值，如果我們明確放棄對其資源的所有權(quán)，則可以通過std::move()來將其轉(zhuǎn)為右值引用。std::move()實際上是static_cast()的簡單封裝。

 右值引用至少可以解決以下場景中的移動語義缺失問題：

按值傳入?yún)?shù)
 按值傳參是最符合人類思維的方式?；镜乃悸肥?，如果傳入?yún)?shù)是為了將資源交給函數(shù)接受者，就應該按值傳參。同時，按值傳參可以兼容任何的cv-qualified左值、右值，是兼容性最好的方式。

class People {
public:
  People(string name) // 按值傳入字符串，可接收左值、右值。接收左值時為復制，接收右值時為移動
  : name_(move(name)) // 顯式移動構(gòu)造，將傳入的字符串移入成員變量
  {
  }
  string name_;
};
 
People a("Alice"); // 移動構(gòu)造name
 
string bn = "Bob";
People b(bn); // 拷貝構(gòu)造name
 構(gòu)造a時，調(diào)用了一次字符串的構(gòu)造函數(shù)和一次字符串的移動構(gòu)造函數(shù)。如果使用const string& name接收參數(shù)，那么會有一次構(gòu)造函數(shù)和一次拷貝構(gòu)造，以及一次non-trivial的析構(gòu)。盡管看起來很蛋疼，盡管編譯器還有優(yōu)化，但從語義來說按值傳入?yún)?shù)是最優(yōu)的方式。

 如果你要在構(gòu)造函數(shù)中接收std::shared_ptr并且存入類的成員（這是非常常見的），那么按值傳入更是不二選擇?？截恠td::shared_ptr需要線程同步，相比之下移動std::shared_ptr是非常輕松愉快的。

按值返回
 和接收輸入?yún)?shù)一樣，返回值按值返回也是最符合人類思維的方式。曾經(jīng)有無數(shù)函數(shù)為了返回容器而不得不寫成這樣
 void str_split(const string& s, vector* vec);// 一個按值語義定義的字符串拆分函數(shù)。這里不考慮分隔符，假定分隔符是固定的。

 這樣要求vec在外部被事先構(gòu)造，此時尚無從得知vec的大小。即使函數(shù)內(nèi)部有辦法預測vec的大小，因為函數(shù)并不負責構(gòu)造vec，很可能仍需要resize。對這樣的函數(shù)嵌套調(diào)用更是痛苦的事情，誰用誰知道啊。

 有了移動語義，就可以寫成這樣

vector str_split(const string& s) {
  vector v;
  // ...
  return v; // v是左值，但優(yōu)先移動，不支持移動時仍可復制。
}
 如果函數(shù)按值返回，return語句又直接返回了一個棧上的左值對象（輸入?yún)?shù)除外）時，標準要求優(yōu)先調(diào)用移動構(gòu)造函數(shù)，如果不符再調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)。盡管v是左值，仍然會優(yōu)先采用移動語義，返回vector從此變得云淡風輕。此外，無論移動或是拷貝，可能的情況下仍然適用編譯器優(yōu)化，但語義不受影響。

 對于std::unique_ptr來說，這簡直就是福音。

unique_ptr create_obj(/*...*/) {
  unique_ptr ptr(new SomeObj(/*...*/));
  ptr->foo(); // 一些可能的初始化
  return ptr;
}
//當然還有更簡單的形式
unique_ptr create_obj(/*...*/) {
  return unique_ptr(new SomeObj(/*...*/));
}
 在工廠類中，這樣的語義是非常常見的。返回unique_ptr能夠明確對所構(gòu)造對象的所有權(quán)轉(zhuǎn)移，特別的，這樣的工廠類返回值可以被忽略而不會造成內(nèi)存泄露。上面兩種形式分別返回棧上的左值和右值，但都適用移動語義（unique_ptr不支持拷貝）。

接收右值表達式
 沒有移動語義時，以表達式的值（例為函數(shù)調(diào)用）初始化對象或者給對象賦值是這樣的：

vector str_split(const string& s);
 vector v = str_split("1,2,3");// 返回的vector用以拷貝構(gòu)造對象v。為v申請堆內(nèi)存，復制數(shù)據(jù)，然后析構(gòu)臨時對象（釋放堆內(nèi)存）。

vector v2;
v2 = str_split("1,2,3"); // 返回的vector被復制給對象v（拷貝賦值操作符）。需要先清理v2中原有數(shù)據(jù)，將臨時對象中的數(shù)據(jù)復制給v2，然后析構(gòu)臨時對象。
注：v的拷貝構(gòu)造調(diào)用有可能被優(yōu)化掉，盡管如此在語義上仍然是有一次拷貝操作。
 
//同樣的代碼，在支持移動語義的世界里就變得更美好了。
vector str_split(const string& s);
 
vector v = str_split("1,2,3"); // 返回的vector用以移動構(gòu)造對象v。v直接取走臨時對象的堆上內(nèi)存，無需新申請。之后臨時對象成為空殼，不再擁有任何資源，析構(gòu)時也無需釋放堆內(nèi)存。
vector v2;
v2 = str_split("1,2,3"); // 返回的vector被移動給對象v（移動賦值操作符）。先釋放v2原有數(shù)據(jù)，然后直接從返回值中取走數(shù)據(jù)，然后返回值被析構(gòu)。
//注：v的移動構(gòu)造調(diào)用有可能被優(yōu)化掉，盡管如此在語義上仍然是有一次移動操作。
 不用多說也知道上面的形式是多么常用和自然。而且這里完全沒有任何對右值引用的顯式使用，性能提升卻默默的實現(xiàn)了。

對象存入容器
 這個問題和前面的構(gòu)造函數(shù)傳參是類似的。不同的是這里是按兩種引用分別傳參。參見std::vector的push_back函數(shù)。

void push_back( const T& value ); // (1)
void push_back( T&& value ); // (2)
 不用多說自然是左值調(diào)用1右值調(diào)用2。如果你要往容器內(nèi)放入超大對象，那么版本2自然是不2選擇。

vector> vv;
 
vector v = {"123", "456"};
v.push_back("789"); // 臨時構(gòu)造的string類型右值被移動進容器v
vv.push_back(move(v)); // 顯式將v移動進vv
 困擾多年的難言之隱是不是一洗了之了？

std::vector的增長
 又一個隱蔽的優(yōu)化。當vector的存儲容量需要增長時，通常會重新申請一塊內(nèi)存，并把原來的內(nèi)容一個個復制過去并刪除。對，復制并刪除，改用移動就夠了。

 對于像vector這樣的容器，如果頻繁插入造成存儲容量不可避免的增長時，移動語義可以帶來悄無聲息而且美好的優(yōu)化。

std::unique_ptr放入容器
 曾經(jīng)，由于vector增長時會復制對象，像std::unique_ptr這樣不可復制的對象是無法放入容器的。但實際上vector并不復制對象，而只是“移動”對象。所以隨著移動語義的引入，std::unique_ptr放入std::vector成為理所當然的事情。

 容器中存儲std::unique_ptr有太多好處。想必每個人都寫過這樣的代碼：

MyObj::MyObj() {
  for (...) {
    vec.push_back(new T());
  }
  // ...
}
 
MyObj::~MyObj() {
  for (vector::iterator iter = vec.begin(); iter != vec.end(); ++iter) {
    if (*iter) delete *iter;
  }
  // ...
}
 繁瑣暫且不說，異常安全也是大問題。使用vector>，完全無需顯式析構(gòu)，unqiue_ptr自會打理一切。完全不用寫析構(gòu)函數(shù)的感覺，你造嗎？

 unique_ptr是非常輕量的封裝，存儲空間等價于裸指針，但安全性強了一個世紀。實際中需要共享所有權(quán)的對象（指針）是比較少的，但需要轉(zhuǎn)移所有權(quán)是非常常見的情況。auto_ptr的失敗就在于其轉(zhuǎn)移所有權(quán)的繁瑣操作。unique_ptr配合移動語義即可輕松解決所有權(quán)傳遞的問題。

 注：如果真的需要共享所有權(quán)，那么基于引用計數(shù)的shared_ptr是一個好的選擇。shared_ptr同樣可以移動。由于不需要線程同步，移動shared_ptr比復制更輕量。

std::thread的傳遞
 thread也是一種典型的不可復制的資源，但可以通過移動來傳遞所有權(quán)。同樣std::future std::promise std::packaged_task等等這一票多線程類都是不可復制的，也都可以用移動的方式傳遞。

到此，相信大家對“如何理解c++右值引用和移動構(gòu)造”有了更深的了解，不妨來實際操作一番吧！這里是創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進入相關(guān)頻道進行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學習！