C++ 11 右值引用以及std::move

新類型：

int和int&是什麼？都是類型。int是整數類型，int&則是整數引用類型。同樣int&&也是一個類型。兩個引號&&是C++ 11提出的一個新的引用類型。記住，這是一個新的類型。默念10次吧。如果你記住這個新類型，那麼很多疑問都能迎刃而解。並且對《Effective Modern C++》說到的void f(Widget&& w)，就很容易明白w是新類型的一個值，肯定是一個左值而不是右值，自然就不用去翻第二頁了。

void fun(int &a)
{
    cout<
 
        main函數中的fun(a)會匹配第一個fun函數。因為第二個fun的參數是int右值引用，不能匹配一個左值。值得注意的是，雖然第二個fun函數的a的類型是右值引用類型，但它卻是一個左值，因為它是某一個類型變量嘛。
        那要怎麼做才能使得b匹配第二個fun函數呢？強制類型轉換，把b強制轉換成右值引用類型，也就是使用static_cast(b)。此時，自然就會匹配第二個fun函數了。
        在C++ 11中，static_cast有一個高大上的替代物std::move。其實，高大上的std::move做的事情和前面說的差不多，強制類型轉換使得匹配特定的函數而已。
        右值引用和std::move引以自豪的高效率又是怎麼實現的呢？本文從經典的拷貝構造函數說起，但例子卻不經典。
 
class Test
{
public:
    Test() : p(nullptr) {}
    ~Test() { delete [] p; }

    Test(Test &t) : p(t.p)//注意這個拷貝構造函數的參數沒有const
    {
        t.p = nullptr;//不然會在析構函數中，delete兩次p
    }

private:
    char *p;
};

int main()
{
    Test a;
    Test b(a);
    return 0;
}



 
注意這個拷貝構造函數的參數沒有const。
讀者們，你們會覺得上面那個Test在拷貝構造函數不高效嗎？幾乎是沒有任何效率上的負擔啊。類似，也能寫一個高效的賦值函數。
但是，一般來說我們的拷貝構造函數的參數都是有const的。有const意味著不能修改參數t，上面的代碼也可以看到：將t.p賦值nullptr是必須的。因為t.p不能修改，所以不得不進行深復制，不然將出現經典的淺復制問題。不用說，有const的拷貝構造函數更適合一些，畢竟我們需要從一個const對象中復制一份。

 
移動構造：
 
性能的救贖：
在C++ 11之前，我們只能眼睜睜看著重量級的類只能調用有const的拷貝構造函數，復制一個重量級對象。在C++ 11裡面加入了一個新類型右值引用，那能不能用這個右值引用類型作為構造函數的參數呢？當然可以啦。畢竟類的構造函數參數沒有什麼特別的要求。習慣上，我們會稱這樣的構造函數為移動(move)構造函數，對應的賦值操作則稱為移動(move)賦值函數。他們的代碼也很簡單，如下：
 
class Test
{
public:
    Test() : p(nullptr)
    {
        cout<
 
 
協助完成移動構造：
        有了move構造函數和move賦值函數，下一步是協助完成移動構造/移動賦值，包括程序員和編譯器。如果不協助的話，可能調用的是copy構造函數而不是move構造函數。從前文也可以看到，協助完成移動構造/移動賦值，其實也就是使得在函數調用時能匹配參數為右值引用的函數。碼農能做的就是強制將一個不需要了的對象調用std::move。如下面代碼:
 
int main()
{
	Test a;
	Test b = std::move(a);//調用move構造函數
	Test c = a;//調用copy構造函數
	return 0;
}



 
雖然上面的代碼在構造b的時候調用了移動構造，但明顯上面代碼一點都不正常，為什麼不直接構造b呢？完全用不著move構造啊。此時可能有讀者會想到這樣一個用途：我們可以為一個臨時對象加上std::move啊，比如operator + 的返回值。實際上這是畫蛇添足的。因為編譯器會為這個臨時對象當作右值(准確說應該是：將亡值)，當然也就自動能使用移動構造了。
難道移動構造是屠龍之技？不是的。移動構造的一大優點是可以高效地在函數中返回一個重量級的類，函數返回值會在後面說到。除了在函數返回值用到外，在函數內部也可以使用到的。

 
std::vector g_ids;//全局變量
void addIds(std::string id)
{
    g_ids.push_back(std::move(id));
}


int main()
{
    addIds(1234);//在添加到g_ids過程中，會調用一次copy構造函數，一次move構造函數
    std::string my_id = 123456789;
    addIds(my_id);//會調用一次copy構造函數，一次move構造函數

    for(auto &e : g_ids)
        cout<
 
        有讀者可能會問，為什麼addIds的參數不是const std::string &的形式，這樣在對my_id調用的時候就不用為參數id調用一次copy構造函數。但別忘了，此時id被push進g_ids時就要必須要調用一次copy構造函數了。
        前面用紅色標出，對一個不需要的了對象調用std::move強制類型轉換。為什麼說是不需要了的呢？因為一個對象被std::move並且作為move構造函數的參數後，該對象所占用的一些資源可能被移走了，留下一個沒有用的空殼。注意，雖然是空殼，但在移動的時候，也要保證這個空殼對象能正確析構。
        或許讀者還是覺得移動語義是屠龍之技，那麼讀者們想一下：vector容器在擴容的時候吧。有了移動語義，vector裡面的對象從舊地址搬到新地址，毫不費勁。
 
 
右值引用情況下的返回值問題：
 
        有了右值引用，讀者可能會寫出下面的代碼：
 
Test&& fun()
{
    Test t;
    ...
    return std::move(t);
}


int main()
{
    Test && tt = fun();//和下者，哪個才是正確的呢？
    Test tt = fun();//和上者，哪個才是正確的呢？

    return 0;
}



 
無疑，在main函數中，還需要考慮一下tt對象是一個Test類型還是Test&&類型。其實，大錯早就在fun函數中鑄成了。
返回的只是一個引用，真身呢？真身已經在fun函數中被摧毀了。Meyers早在《Effective C++》裡面就告誡過：不要在函數中返回一個引用。前文也已經說了，右值引用也是一個引用(類型)! 那返回什麼好呢? 當然是真身啦! 如同下面代碼：
Test fun()
{
    Test t;
    ...

    return t;
}


int main()
{
	Test tt = fun();
	return 0;
}



當函數返回一個對象時，編譯器會將這個對象看作的一個右值(准確來說是將亡值)。所以無需在fun函數中，將return t寫成return std::move(t);
當然，實際上t變量的真身還是在fun函數中被摧毀了，但真身裡面有價值的東西都被移走了。對!就像比克大魔王那樣，臨死前把自己的孩子留下來! 在C++裡面，當然不能生成一個孩子，但是可以通過移動構造函數生成一個臨時對象，把有價值的東西移走。因為不是移動到main函數的tt變量中，只是移動到了臨時對象。所以接下來臨時對象還要進行一次移動，把有價值的東西移動到main函數的tt變量中。這個移動過程無疑是一個很好的金蟬脫殼的經典教程。讀者可以運行一下代碼，可以看到整個移動過程。記住，用g++編譯的時候要加入-fno-elide-constructors選項，禁止編譯器使用RVO優化。因為這裡的RVO優化比移動構造還是省力。所以如果不禁用，會優先使用RVO，而非移動構造函數。


初始化：
 
因為右值引用也是一個引用類型，所以只能初始化而不能賦值。既然這樣，那只需討論什麼類型的值才能用於初始化一個右值引用。一般來說，右值引用只能引用右值、字面值、將亡值。所以問題轉化為：什麼是右值？網上介紹的一個方法是：要能不能將取地址符號&應用於某個標識符，如果能就說明它是一個左值，否則為右值。這個方法好像是行得通的。不過，我覺得沒有必要分得那麼清楚，又不是在考試。在平常寫代碼時，沒有誰會寫類似a+++++a這樣的考試代碼。我個人覺得，記住最常見的那幾種就差不多了。比如，字面量(1，‘c'這類)，臨時(匿名)對象(即將亡值)，經過std::move()轉換的對象，函數返回值。其他的右值，還是留給編譯器和Scott Meyers吧。如果真的要細究，可以參考stackoverflow上的一個提問《What are rvalues, lvalues, xvalues, glvalues, and prvalues?》
還有一個問題需要說明，const的左值引用(const T&)是一個萬能引用，既可以引用左值，也能引用右值。這個是很特殊，特殊得很自然。如果Test類沒有定義move構造函數，但用戶又使用Test a = std::move(b)構造變量a。那麼最終會調用Test類的copy構造函數。一個類的copy構造函數如果用戶不定義，編譯器會在必要情況下自動合成一個。所以上面的a變量肯定能構造。


謹慎的編譯器：
 
前一段貌似隱隱約約說到編譯器不會自動合成一個move構造函數。是的。如果用戶定義了構造函數,copy構造函數，析構函數，operator =中的任何一個，編譯器都不會自動為這個類合成一個move構成函數以及move 賦值函數，即使需要用到。我個人覺得是因為，當定義了那四個函數中的任何一個，都可以認為這個類不是nontrival的了。
想一下，在什麼情況下我們是需要析構函數和copy構造函數的。當這個類裡面有一些資源(變量)需要我們手動管理的時候。既然有資源要管理，那麼讀者你覺得編譯器默認生成的move構造函數的內部實現應該是怎麼樣的呢？對類裡面的所有成員都調用std::move進行移動？還是調用copy構造函數復制一份呢？這種吃力但又不見得討好的事情，編譯器選擇不干。畢竟還有前面說到的const T& 可以引用一個右值。沒有move構造函數，copy構造函數頂上即可。
作為類的設計者，你當然知道那些資源(變量)到底是move還是copy。如果是move的話，那麼直接用=default告訴編譯器：別擔心，直接用對所有變量move就行了。如下：

 
class Test
{
public:
	Test() p(new int) {}
	~Test()=default;
	Test(const Test&)=delete;
	Test& operator = (const Test&)=delete;

	Test(Test &&)=default;//告訴編譯器
	Test& operator = (Test &&)=default;//告訴編譯器
	

private:
	std::unique_ptr p;
}