C++ 右值引用

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右值的引入

作為在C++11中引入的一個(gè)類型，容易引起誤解的是，右值引用并沒(méi)有說(shuō)明引入是為了什么，是為了解決什么問(wèn)題。

右值引用可以解決以下問(wèn)題

實(shí)現(xiàn)移動(dòng)語(yǔ)義

完美轉(zhuǎn)發(fā)

左值和右值來(lái)自原先的C語(yǔ)言，左值可以出現(xiàn)在賦值左邊或者右邊，而右值只能出現(xiàn)在賦值的右邊

int a = 42; int b = 43;// a and b are both l-values: a = b; // ok b = a; // ok a = a * b; // ok// a * b is an rvalue: int c = a * b; // ok, rvalue on right hand side of assignment a * b = 42; // error, rvalue on left hand side of assignment

在 C++ 中，這作為第一個(gè)直觀的左值和右值方法仍然很有用。但是，帶有用戶定義類型的 C++ 引入了一些關(guān)于可修改性和可分配性的微妙之處，導(dǎo)致此定義不正確。我們沒(méi)有必要進(jìn)一步討論這個(gè)問(wèn)題。這是一個(gè)替代定義，盡管它仍然存在爭(zhēng)議，但它將使您能夠處理右值引用：左值是一個(gè)引用內(nèi)存位置的表達(dá)式，并允許我們通過(guò)&操作符取得地址，右值，不是左值的都是右值。

// lvalues: // int i = 42; i = 43; // ok, i is an lvalue int* p = &i; // ok, i is an lvalue int& foo(); foo() = 42; // ok, foo() is an lvalue int* p1 = &foo(); // ok, foo() is an lvalue// rvalues: // int foobar(); int j = 0; j = foobar(); // ok, foobar() is an rvalue int* p2 = &foobar(); // error, cannot take the address of an rvalue j = 42; // ok, 42 is an rvalue

移動(dòng)語(yǔ)義

假設(shè)有一個(gè)類X，類中的成員變量m_pResource是一個(gè)需要花費(fèi)時(shí)間和內(nèi)存取進(jìn)行構(gòu)造和析構(gòu)的類型，比如m_pResource是一個(gè)vector類型，對(duì)其進(jìn)行賦值時(shí)將會(huì)產(chǎn)生大量的析構(gòu)和構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用。

X& X::operator=(X const & rhs) {// [...]// Make a clone of what rhs.m_pResource refers to.// Destruct the resource that m_pResource refers to. // Attach the clone to m_pResource.// [...] }

同樣的問(wèn)題會(huì)出現(xiàn)在copy構(gòu)造函數(shù)上

X foo(); X x; // perhaps use x in various ways x = foo();

• clones the resource from the temporary returned by foo,

• destructs the resource held by x and replaces it with the clone,

• destructs the temporary and thereby releases its resource.

當(dāng)賦值操作符的右邊是右值的話，只是交換值的指針是比較高效的

// [...] // swap m_pResource and rhs.m_pResource // [...]

上述這種操作就是移動(dòng)語(yǔ)義，可以通過(guò)操作符重載實(shí)現(xiàn)

X& X::operator=(<mystery type> rhs) {// [...]// swap this->m_pResource and rhs.m_pResource// [...] }

以上調(diào)用無(wú)論是賦值還是copy構(gòu)造函數(shù)，都會(huì)導(dǎo)致大量的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)調(diào)用(如當(dāng)vector中存儲(chǔ)很多的類對(duì)象時(shí))，因此我們當(dāng)然希望能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)傳入類型的引用，從而避免這些構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的調(diào)用

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右值引用

如果X是一個(gè)類型，那么X&& 就是對(duì)X類型的右值引用，為了更好的區(qū)分X&被稱為左值引用

一個(gè)右值引用類型很多地方表現(xiàn)與左值引用相同，除了一些例外。最重要的一條就是，當(dāng)進(jìn)行函數(shù)重載的時(shí)候，左值當(dāng)成參數(shù)傳入函數(shù)，偏向調(diào)用左值引用的函數(shù)；當(dāng)右值傳入函數(shù)時(shí)，更加偏向調(diào)用右值重載的函數(shù)

void foo(X& x); // 左值函數(shù)重載 void foo(X&& x); // 右值函數(shù)重載X x; X foobar();foo(x); // argument is lvalue: calls foo(X&) foo(foobar()); // argument is rvalue: calls foo(X&&)

Rvalue references allow a function to branch at compile time (via overload resolution) on the condition “Am I being called on an lvalue or an rvalue?”

大體意思就是，右值引用允許編譯器期間通過(guò)是右值還是左值調(diào)用不同的函數(shù)

當(dāng)然你可以使用上述方法重載任何函數(shù)，就像上述所示。但是通常會(huì)被用于重載拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值構(gòu)造函數(shù)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)語(yǔ)義

X& X::operator=(X const & rhs); // classical implementationX& X::operator=(X&& rhs) {// Move semantics: exchange content between this and rhsreturn *this; } Note: If you implement void foo(X&); but not void foo(X&&); then of course the behavior is unchanged: foo can be called on l-values, but not on r-values. If you implement void foo(X const &); but not void foo(X&&); then again, the behavior is unchanged: foo can be called on l-values and r-values, but it is not possible to make it distinguish between l-values and r-values. That is possible only by implementing void foo(X&&); as well. Finally, if you implement void foo(X&&); but neither one of void foo(X&); and void foo(X const &); then, according to the final version of C++11, foo can be called on r-values, but trying to call it on an l-value will trigger a compile error.

強(qiáng)制移動(dòng)語(yǔ)義

我們都知道，在給予更多控制權(quán)和避免粗心大意犯錯(cuò)方面C++選擇給予更多的控制權(quán)，你不但可以在右值上實(shí)現(xiàn)移動(dòng)語(yǔ)義，而且你可以自行決定在左值上實(shí)現(xiàn)移動(dòng)語(yǔ)義，一個(gè)很好的例子就是std::swap函數(shù)

template<class T> void swap(T& a, T& b) { T tmp(a);a = b; b = tmp; } X a, b; swap(a, b);

這里沒(méi)有使用右值，因此有沒(méi)有實(shí)現(xiàn)移動(dòng)語(yǔ)義，但是我們知道實(shí)現(xiàn)移動(dòng)語(yǔ)義會(huì)更好，只要變量作為復(fù)制構(gòu)造或者賦值的源出現(xiàn)，該變量要么根本就不再使用，要么就作為賦值的目標(biāo)。

C++11中與一個(gè)被調(diào)用的庫(kù)函數(shù)std::move可以將其參數(shù)轉(zhuǎn)換 右值， 不做其他事情

void swap(T& a, T& b) { T tmp(std::move(a));a = std::move(b); b = std::move(tmp); } X a, b; swap(a, b);

修改之后上述三行實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)語(yǔ)義，需要注意的是，對(duì)于那些沒(méi)有實(shí)現(xiàn)移動(dòng)語(yǔ)義的類型(即：沒(méi)有使用右值引用版本重載它們的復(fù)制構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符)，對(duì)于這些類型新的swap就和舊的一樣

既然、知道了移動(dòng)語(yǔ)義std::move，如下：

a = b;

你期望在這里發(fā)生什么？你期望a持有的對(duì)象被b的復(fù)制出來(lái)的副本替換，并且希望a先前持有的對(duì)象析構(gòu)，現(xiàn)在我們考慮一下語(yǔ)義：

a = std::move(b);

如果實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)語(yǔ)義，會(huì)交換a和b持有的對(duì)象，不會(huì)有任何對(duì)象進(jìn)行析構(gòu)。當(dāng)然結(jié)束之后a原先持有的對(duì)象的生命周期將和b的作用范圍綁定，b超出范圍a原先持有的對(duì)象將會(huì)被銷毀。

所以從某種意義上說(shuō)，我們?cè)谶@里陷入了非確定性破壞的陰暗世界：一個(gè)變量已被分配，但該變量以前持有的對(duì)象仍在某處。只要該對(duì)象的銷毀不會(huì)產(chǎn)生任何外界可見(jiàn)的副作用，就可以了。但有時(shí)析構(gòu)函數(shù)確實(shí)有這樣的副作用。一個(gè)例子是釋放析構(gòu)函數(shù)內(nèi)的鎖。因此，具有副作用的對(duì)象銷毀的任何部分都應(yīng)該在復(fù)制賦值運(yùn)算符的右值引用重載中顯式執(zhí)行：

X& X::operator=(X&& rhs) {// Perform a cleanup that takes care of at least those parts of the// destructor that have side effects. Be sure to leave the object// in a destructible and assignable state.// Move semantics: exchange content between this and rhsreturn *this; }

右值引用就是右值嗎？

像以前一樣，我們?yōu)閄實(shí)現(xiàn)復(fù)制構(gòu)造函數(shù)和賦值操作符重載來(lái)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)語(yǔ)義。

假如：

void foo(X&& x) {X anotherX = x; // 調(diào)用右值引用賦值重載函數(shù)還是左值？？？// ... }

代碼中函數(shù)內(nèi)x是一個(gè)左值引用，然而我們期望讓右值引用就是本身就是右值。右值引用的設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)更好的思路：

Things that are declared as rvalue reference can be lvalues or rvalues. The distinguishing criterion is: if it has a name, then it is an lvalue. Otherwise, it is an rvalue.

大意就是，右值引用可以是左值也可以是右值，評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)是，如果這個(gè)值有命名就是左值，如果沒(méi)有就是右值。

那么上述代碼中，雖然參數(shù)傳進(jìn)的是右值，但是進(jìn)入函數(shù)的時(shí)候，因?yàn)閤已經(jīng)有命名了，所以函數(shù)內(nèi)部的x是左值，那么函數(shù)內(nèi)部調(diào)用的也是左值的賦值函數(shù)

void foo(X&& x) {X anotherX = x; // calls X(X const & rhs) }

如下是一個(gè)沒(méi)有名字的右值，因此會(huì)調(diào)用右值賦值函數(shù)

X&& goo(); X x = goo(); // calls X(X&& rhs) because the thing on// the right hand side has no name

這種設(shè)計(jì)的背后思路就是：允許移動(dòng)語(yǔ)義應(yīng)用于一些有名字的對(duì)象

X anotherX = x;// x is still in scope!

以上語(yǔ)句是非常危險(xiǎn)的，移動(dòng)的食物應(yīng)該在移動(dòng)后立即死亡并消失，因此有一條規(guī)則，如果它有一個(gè)名字，那么它就是左值

全文鏈接：右值引用

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的一文读懂什么是C++移动语义《一》的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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