過(guò)去寫(xiě) C/C++ 代碼，大家對(duì)數(shù)據(jù)做傳遞時(shí)，都習(xí)慣先拷貝再賦值。比如，把數(shù)據(jù)從 t1 復(fù)制到 t2，復(fù)制完成后 t2 和 t1 的狀態(tài)是一致的，t1 狀態(tài)沒(méi)變。這里的狀態(tài)指的是對(duì)象內(nèi)部的非靜態(tài)成員數(shù)據(jù)集合。

在程序運(yùn)行過(guò)程中，復(fù)制過(guò)程既要分配空間又要拷貝內(nèi)容，對(duì)于空間和時(shí)間都是種損耗。復(fù)制操作，無(wú)疑是一門(mén)很大的開(kāi)銷(xiāo)，何況經(jīng)常觸發(fā)資源復(fù)制的時(shí)候。

來(lái)看看普通的函數(shù)返回值到底有哪些開(kāi)銷(xiāo)，

std::string getString()
{
    std::string s;
    // ...

    return s;
}

int main()
{
    std::string str = getString();
    // ...
}

假設(shè)你的編譯器還不支持 C++ 11，那么，在 main() 函數(shù)里調(diào)用 getString() 時(shí)，需要在調(diào)用棧里分配臨時(shí)對(duì)象用于復(fù)制 getString() 的返回值 s，復(fù)制完成調(diào)用 s 的析構(gòu)函數(shù)釋放對(duì)象。然后，再調(diào)用 std::string 類(lèi)的復(fù)制賦值運(yùn)算符函數(shù)將臨時(shí)對(duì)象復(fù)制到 str，同時(shí)調(diào)用臨時(shí)對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)執(zhí)行釋放。

那么，有沒(méi)有技巧可以實(shí)現(xiàn)上面示例代碼同樣的效果，同時(shí)避免復(fù)制？

有的，就是接下來(lái)重點(diǎn)介紹的移動(dòng)（和中國(guó)移動(dòng)無(wú)關(guān)）。

相對(duì)于復(fù)制，移動(dòng)無(wú)須重新分配空間和拷貝內(nèi)容，只需把源對(duì)象的數(shù)據(jù)重新分配給目標(biāo)對(duì)象即可。移動(dòng)后目標(biāo)對(duì)象狀態(tài)與移動(dòng)前的源對(duì)象狀態(tài)一致，但是移動(dòng)后源對(duì)象狀態(tài)被清空。

實(shí)際上，大部份的情況下，數(shù)據(jù)僅僅需要移動(dòng)即可，拷貝復(fù)制顯得多余。就像，你從圖書(shū)館借書(shū)，把自己手機(jī)的 SIM 卡拔出來(lái)再插到其它手機(jī)上，去商店買(mǎi)東西你的錢(qián)從口袋移動(dòng)到收銀柜等等。

那么，是不是可以對(duì)所有的數(shù)據(jù)都執(zhí)行移動(dòng)？

答案是否定的。在現(xiàn)代 C++ 中，只有右值可以被移動(dòng)。

左右值概念

在 C++ 11 之前，左右值的劃分比較簡(jiǎn)單，只有左值和右值兩種。

但是從 C++ 11 開(kāi)始，重新把值類(lèi)別劃分成了五種，左值(lvalue, left value)，將亡值(xvalue, expiring value)，純右值(prvalue, pure right value)，泛左值(glvalue, generalized left value)，右值(rvalue, right value)。不過(guò)后邊的兩種 glvalue 和 rvalue 是基于前面的三種組合而成。從集合概念來(lái)看，glvalue 包含 lvalue 和 xvalue，rvalue 包含 xvalue 和 prvalue。

左右值劃分的依據(jù)是：具名和可被移動(dòng)。

具名，簡(jiǎn)單點(diǎn)理解就是尋址?？杀灰苿?dòng)，允許對(duì)量的內(nèi)部資源移動(dòng)到其它位置，并且保持量自身是有效的，但是狀態(tài)不確定。

• lvalue：具名且不可移動(dòng)
• xvalue：具名且可移動(dòng)
• prvalue：不具名且可移動(dòng)

那么，可以看到泛左值(glvalue)其實(shí)就是具名的量，右值就是可移動(dòng)的量。

以往在往函數(shù)傳參的時(shí)候，經(jīng)常有用到值引用的模式，形式如下:

function(T& obj)

T 是類(lèi)型，obj 是參數(shù)。

到了現(xiàn)代 C++，原來(lái)的值引用就變成了左值引用，另外還出現(xiàn)了右值引用，形式如下:

function(T&& obj)

那么 C++ 11 是怎樣實(shí)現(xiàn)移動(dòng)操作的呢？

實(shí)現(xiàn)移動(dòng)操作

移動(dòng)操作依賴(lài)于類(lèi)內(nèi)部特殊成員函數(shù)的執(zhí)行，但前提是該對(duì)象是可移動(dòng)的。如果恰好對(duì)象是左值(lvalue)呢？

C++ 11 的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)就提供了 std::move() 實(shí)現(xiàn)左右值轉(zhuǎn)換操作。std::move() 用于將表達(dá)式從 lvalue(左值) 轉(zhuǎn)換成 xvalue(將亡值)，但不會(huì)對(duì)數(shù)值執(zhí)行移動(dòng)。當(dāng)然，使用強(qiáng)制類(lèi)型轉(zhuǎn)換也是可以達(dá)到同樣目的。

std::move(obj); // 等價(jià)于 static_cast<T&&>(obj);

在 stack overflow 上看到對(duì) std::move() 的一段描述，與其說(shuō)它是一個(gè)函數(shù)，不如說(shuō)，它是編譯器對(duì)表達(dá)式值評(píng)估的方式轉(zhuǎn)換器。

以往慣常使用 C++ 類(lèi)定義時(shí)，我們都知道有這么幾個(gè)特殊的成員函數(shù)：

• 默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)(default constructor)
• 復(fù)制構(gòu)造函數(shù)(copy constructor)
• 復(fù)制賦值運(yùn)算符函數(shù)(copy assignment operator)
• 析構(gòu)函數(shù)(destructor)

來(lái)看看一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

class MB // MemoryBlock
{
public:
    // 為下面代碼演示簡(jiǎn)單起見(jiàn)
    // 在 public 定義成員屬性
    size_t size;
    char *buf;

    // 默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)
    explicit MB(int sz = 1024)
        : size(sz), buf(new char[sz]) {}
    // 析構(gòu)函數(shù)
    ~MB() {
        if (buf != nullptr) {
            delete[] buf;
        }
    }
    // 復(fù)制構(gòu)造函數(shù)
    MB(const MB& obj)
        : size(obj.size),
          buf(new char[obj.size]) {
        memcpy(buf, obj.buf, size);
    }
    // 復(fù)制賦值運(yùn)算符函數(shù)
    MB& operator=(const MB& obj) {
        if (this != &obj) {
            if (buf != nullptr) {
                delete[] buf;
            }
            size = obj.size;
            buf = new char[size]; 
            memcpy(buf, obj.buf, size);
        }
        return *this;
    }
}

為了支持移動(dòng)操作，從 C++ 11 開(kāi)始，類(lèi)定義里新增了兩個(gè)特殊成員函數(shù):

• 移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)(move constructor)
• 移動(dòng)賦值運(yùn)算符函數(shù)(move assignment operator)

移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)

在構(gòu)造新對(duì)象時(shí)，如果傳入的參數(shù)是右值引用對(duì)象，就會(huì)調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建對(duì)象。如果沒(méi)有自定義移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)，那么編譯器就會(huì)自動(dòng)生成，默認(rèn)實(shí)現(xiàn)是遍歷調(diào)用成員屬性的移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)，并移動(dòng)右值對(duì)象的成員屬性數(shù)據(jù)到新對(duì)象。

定義一般聲明形式如下：

T::T(C&& other);

基于上面的簡(jiǎn)單例子：

class MB // MemoryBlock
{
public:
    // ...

    // 移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)
    MB(MB&& obj)
        : size(0), buf(nullptr) {
        // 移動(dòng)源對(duì)象數(shù)據(jù)到新對(duì)象
        size = obj.size;
        buf = obj.buf;
        // 清空源對(duì)象狀態(tài)
        // 避免析構(gòu)函數(shù)多次釋放資源
        obj.size = 0;
        obj.buf = nullptr;
    }
}

可見(jiàn)，移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)的執(zhí)行過(guò)程，僅僅是簡(jiǎn)單賦值的過(guò)程，不涉及拷貝資源的耗時(shí)操作，自然執(zhí)行效率大大提高。

移動(dòng)賦值運(yùn)算符函數(shù)

在調(diào)用賦值運(yùn)算符時(shí)，如果右邊傳入的參數(shù)是右值引用對(duì)象，就會(huì)調(diào)用移動(dòng)賦值運(yùn)算符函數(shù)。同樣，如果沒(méi)有自定義移動(dòng)賦值運(yùn)算符函數(shù)，那么編譯器也會(huì)自動(dòng)生成，默認(rèn)實(shí)現(xiàn)是遍歷調(diào)用成員屬性的移動(dòng)賦值運(yùn)算符函數(shù)并移動(dòng)成員屬性的數(shù)據(jù)到左邊參數(shù)對(duì)象。

一般聲明形式如下：

T& T::operator=(C&& other);

基于上面的簡(jiǎn)單例子：

class MB // MemoryBlock
{
public:
    // ...
    // 移動(dòng)賦值運(yùn)算符函數(shù)
    MB& MB::operator=(MB&& obj) {
        if (this != &obj) {
            if (buf != nullptr) {
                delete[] buf;
            }
            // 移動(dòng)源對(duì)象數(shù)據(jù)到新對(duì)象
            size = obj.size;
            buf = obj.buf;
            // 清空源對(duì)象狀態(tài)
            // 避免析構(gòu)函數(shù)多次釋放資源
            obj.size = 0;
            obj.buf = nullptr;
        }
        return *this;
    }
}

移動(dòng)賦值運(yùn)算符函數(shù)的執(zhí)行過(guò)程，同樣僅僅是簡(jiǎn)單賦值的過(guò)程，執(zhí)行效率明顯遠(yuǎn)超復(fù)制操作。

總結(jié)

回顧文首的示例代碼，由于 C++ 11 加入了返回值優(yōu)化 RVO(Return Value Optimization) 的特性，所以代碼無(wú)需變更即可獲得效率提升。對(duì)于部分編譯器而言，比如 IBM Compiler、Visual C++ 2010 等，已經(jīng)提前具備返回值優(yōu)化的支持。

到此這篇關(guān)于詳解C++中移動(dòng)語(yǔ)義的概念與使用的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++移動(dòng)語(yǔ)義內(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！

最新評(píng)論