C++11的一個最主要的特性就是可以移動而非拷貝對象的能力。很多情況都會發(fā)生對象的拷貝,有時對象拷貝后就立即銷毀锨咙,在這些情況下眉踱,移動而非拷貝對象會大幅度提升性能挤忙。
右值與右值引用
為了支持移動操作,新標準引入了一種新的引用類型——右值引用谈喳,就是必須綁定到右值的引用册烈。我們通過&&
而不是&
來獲得右值引用。右值引用一個重要的特性就是只能綁定到將要銷毀的對象婿禽。
左值和右值是表達式的屬性赏僧,一些表達式生成或要求左值,而另一些則生成或要求右值扭倾。一般而言淀零,一個左值表達式表示的是一個對象的身份,而右值表達式表示的是對象的值膛壹。(可以取地址的驾中、有名字的就是左值唉堪;不能取地址的、沒有名字的就是右值哀卫。)兩者明顯的區(qū)別就是左值有持久的狀態(tài)巨坊,而右值要么是字面常量,要么是在表達式求值過程中創(chuàng)建的臨時對象此改。
類似于常規(guī)引用(左值引用)趾撵,一個右值引用也不過是某個對象的另一個名字而已。我們不能將左值引用綁定到要求轉(zhuǎn)換的表達式共啃、字面常量或是返回值的表達式占调,也不能把右值應用直接綁定到一個左值上。但是移剪,常量左值引用可以綁定到非常量左值究珊、常量左值、右值纵苛,是一個萬能引用類型剿涮。不過相比右值引用所引用的右值,常量左值引用所引用的右值在它的“余生”中只能是只讀的攻人。
int i = 42;
int &r = i; //r引用i
int &r2 = i*2; //錯誤取试,i*2是一個右值
int &&rr = i; //錯誤怀吻,不能將一個右值引用綁定到一個左值上
int &&rr2 = i*2; //正確瞬浓,將rr2綁定到一個乘法結(jié)果上
const int &r3 = i*2; //正確,將一個常量引用綁定到一個右值上
變量可以看做只有一個運算對象而沒有運算符的表達式蓬坡,是一個左值猿棉。我們不能將一個右值引用直接綁定到一個變量上,即使這個變量是右值引用類型屑咳。但是萨赁,我們可以通過新標準庫中的move函數(shù)來獲得綁定到左值上的右值引用。
int &&rr3 = std::move(rr2);
注意乔宿,被轉(zhuǎn)化的左值位迂,其生命周期并沒有隨著左右至的轉(zhuǎn)化而改變,在轉(zhuǎn)換之后使用左值可能造成運行時錯誤详瑞。因此,調(diào)用move就意味著承諾:除了對原左值變量賦值或銷毀它外臣缀,我們將不再使用它坝橡。不過更多的時候,我們需要轉(zhuǎn)換成右值引用的還是一個確實生命周期即將結(jié)束的對象精置。
移動構(gòu)造函數(shù)和移動賦值運算符
為了讓自定義類型也支持移動操作计寇,需要為其定義移動構(gòu)造函數(shù)和移動賦值運算符。這兩個成員類似對應的拷貝操作,但它們從給定對象竊取資源而不是拷貝資源番宁。類似于拷貝構(gòu)造函數(shù)元莫,移動構(gòu)造函數(shù)的第一個參數(shù)是該類類型的一個右值引用,任何額外的參數(shù)都必須有默認實參蝶押。除了完成資源移動外踱蠢,移動構(gòu)造函數(shù)還必須確保移后源對象處于有效的、可析構(gòu)的狀態(tài)棋电。
#include <iostream>
#include <algorithm>
class MemoryBlock
{
public:
// 構(gòu)造函數(shù)
explicit MemoryBlock(size_t length) : _length(length) , _data(new int[length]) {}
// 析構(gòu)函數(shù)
~MemoryBlock()
{
if (_data != nullptr) delete[] _data;
}
// 拷貝賦值運算符
MemoryBlock& operator=(const MemoryBlock& other)
{
if (this != &other)
{
delete[] _data;
_length = other._length;
_data = new int[_length];
std::copy(other._data, other._data + _length, _data);
}
return *this;
}
// 拷貝構(gòu)造函數(shù)
MemoryBlock(const MemoryBlock& other)
: _length(0)
, _data(nullptr)
{
*this = other;
}
// 移動賦值運算符茎截,通知標準庫該構(gòu)造函數(shù)不拋出任何異常(如果拋出異常會怎么樣?)
MemoryBlock& operator=(MemoryBlock&& other) noexcept
{
if (this != &other)
{
delete[] _data;
// 移動資源
_data = other._data;
_length = other._length;
// 使移后源對象處于可銷毀狀態(tài)
other._data = nullptr;
other._length = 0;
}
return *this;
}
// 移動構(gòu)造函數(shù)
MemoryBlock(MemoryBlock&& other) noexcept
_data(nullptr)
, _length(0)
{
*this = std::move(other);
}
size_t Length() const
{
return _length;
}
private:
size_t _length; // The length of the resource.
int* _data; // The resource.
};
只有當一個類沒有定義任何自己版本的拷貝控制成員赶盔,且類的每個非static數(shù)據(jù)成員都可移動時企锌,編譯器才會為它合成移動構(gòu)造函數(shù)會移動賦值運算符。編譯器可以移動內(nèi)置類型于未;如果一個類類型有對應的移動操作撕攒,編譯器也能移動這個類型的成員。此外烘浦,定義了一個移動構(gòu)造函數(shù)或移動賦值運算符的類必須也定義自己的拷貝操作抖坪;否則,這些成員默認地定義為刪除的谎倔。而移動操作則不同柳击,它永遠不會隱式定義為刪除的。但如果我們顯式地要求編譯器生成=defualt的移動操作片习,且編譯器不能移動所有成員捌肴,則編譯器會將移動操作定義為刪除的函數(shù)。
如果一個類既有移動構(gòu)造函數(shù)又有拷貝構(gòu)造函數(shù)藕咏,編譯會使用普通的函數(shù)匹配規(guī)則來確定使用哪個構(gòu)造函數(shù)状知。但如果只定義了拷貝操作而未定義移動操作,編譯器不會合成移動構(gòu)造函數(shù)孽查,此時即使調(diào)用move來移動它們饥悴,也是調(diào)用的拷貝操作。
class Foo{
public:
Foo() = default;
Foo(const Foo&);
// 為定義移動構(gòu)造函數(shù)
}盲再;
Foo x;
Foo y(x); //調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)
Foo z(std::move(x)); //調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)西设,因為未定義移動構(gòu)造函數(shù)