詳解C++11中的右值引用與移動語義

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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。很多情況都會發生對象的拷貝，有時對象拷貝後就立即銷毀，在這些情況下，移動而非拷貝對象會大幅度提升性能。

右值與右值引用

為了支持移動操作，新標准引入了一種新的引用類型——右值引用，就是必須綁定到右值的引用。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。

左值和右值是表達式的屬性，一些表達式生成或要求左值，而另一些則生成或要求右值。一般而言，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。（可以取地址的、有名字的就是左值；不能取地址的、沒有名字的就是右值。）兩者明顯的區別就是左值有持久的狀態，而右值要麼是字面常量，要麼是在表達式求值過程中創建的臨時對象。

類似於常規引用（左值引用），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換的表達式、字面常量或是返回值的表達式，也不能把右值應用直接綁定到一個左值上。但是，常量左值引用可以綁定到非常量左值、常量左值、右值，是一個萬能引用類型。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。

int i = 42;
int &r = i;     //r引用i
int &r2 = i*2;    //錯誤，i*2是一個右值
int &&rr = i；    //錯誤，不能將一個右值引用綁定到一個左值上
int &&rr2 = i*2;   //正確，將rr2綁定到一個乘法結果上
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，是一個左值。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。但是，我們可以通過新標准庫中的move函數來獲得綁定到左值上的右值引用。

int &&rr3 = std::move(rr2);

注意，被轉化的左值，其生命周期並沒有隨著左右至的轉化而改變，在轉換之後使用左值可能造成運行時錯誤。因此，調用move就意味著承諾：除了對原左值變量賦值或銷毀它外，我們將不再使用它。不過更多的時候，我們需要轉換成右值引用的還是一個確實生命周期即將結束的對象。

移動構造函數和移動賦值運算符

為了讓自定義類型也支持移動操作，需要為其定義移動構造函數和移動賦值運算符。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。類似於拷貝構造函數，移動構造函數的第一個參數是該類類型的一個右值引用，任何額外的參數都必須有默認實參。除了完成資源移動外，移動構造函數還必須確保移後源對象處於有效的、可析構的狀態。

#include <iostream> 
#include <algorithm> 

class MemoryBlock 
{ 
public: 
  // 構造函數
  explicit MemoryBlock(size_t length) : _length(length) , _data(new int[length]) {} 

  // 析構函數 
  ~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; 
  } 

  // 拷貝構造函數 
  MemoryBlock(const MemoryBlock& other) 
    : _length(0) 
    , _data(nullptr) 
  { 
    *this = other; 
  } 

  // 移動賦值運算符，通知標准庫該構造函數不拋出任何異常(如果拋出異常會怎麼樣？)
  MemoryBlock& operator=(MemoryBlock&& other) noexcept
  {
    if (this != &other) 
    {  
      delete[] _data; 
      // 移動資源
      _data = other._data; 
      _length = other._length; 
      // 使移後源對象處於可銷毀狀態
      other._data = nullptr; 
      other._length = 0; 
    } 
    return *this; 
  }

  // 移動構造函數
  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，且類的每個非static數據成員都可移動時，編譯器才會為它合成移動構造函數會移動賦值運算符。編譯器可以移動內置類型；如果一個類類型有對應的移動操作，編譯器也能移動這個類型的成員。此外，定義了一個移動構造函數或移動賦值運算符的類必須也定義自己的拷貝操作；否則，這些成員默認地定義為刪除的。而移動操作則不同，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，且編譯器不能移動所有成員，則編譯器會將移動操作定義為刪除的函數。

如果一個類既有移動構造函數又有拷貝構造函數，編譯會使用普通的函數匹配規則來確定使用哪個構造函數。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造函數，此時即使調用move來移動它們，也是調用的拷貝操作。

class Foo{
public:
  Foo() = default;
  Foo(const Foo&);
  // 為定義移動構造函數
}；
Foo x;
Foo y(x);         //調用拷貝構造函數
Foo z(std::move(x));   //調用拷貝構造函數，因為未定義移動構造函數

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持。