[C++技法] 右值引用与移动语义

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2022-04-15 2022-04-15 约 1375 字预计阅读 3 分钟次阅读条评论

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了解右值和右值引用的概念以及移动语义的实现。

右值引用(rvalue reference)，是C++11标准提出的一类数据类型。
可用于实现移动语义(move semantic)与完美转发(perfect forwarding)。

右值

何为右值(r-value)，说人话就是只能放在等号右边的东西。例如int a = 1这个表达式中，a在等号左边，所以a是左值，而1是右值。
右值通常为一个表达式，是赋值计算产生临时生成的中间变量。

右值引用

C++中，通常的引用是指左值引用，用符号&表示，而右值引用符号为&&。

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int a = 1;
int& ref = a;       // 左值引用

在上述代码中，定义了一个对a的左值引用，但是&符号不能对1引用，int &ref = 1的非法的。
但是可以使用int &&ref = 1，定义一个对1的右值引用。

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int a = 1;
int& ref = a;       // 左值引用

// int& ref = 1;    // error

int&& rref = 1;     // 右值引用
// int&& r_ref = a;  // error，右值引用不可指向左值
rref = 2;           // 右值引用也可以修改值

可以看出来这里的右值引用自身是一个左值（有名字的右值引用自身是左值）。

std::move

std::move一般理解为移动操作，在PImpl讲过的std::unique_ptr这个智能指针是禁止拷贝的，这是便可使用std::move对其进行移动操作。但std::move的原理是将左值转化为右值，底层操作中并没有实现内存的移动啥的。（如果没理解的话这就是个坑）

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int a = 1;
int& ref = a;
int&& r_ref = std::move(a);     // 将a转化为右值 与 int&& rref = 1 等价
r_ref = 2;          // 等价 a = 2

但是和int&& rref = 1不同的是，此时r_ref也相当于a的一个左值引用。同时可以看出std::move根本没把a给移掉，因为像int这样的基本类型std::move对其是没有影响的。像string、std::unique_ptr这样的move就会变空了。要养成移动后不在使用的习惯

右值引用作函数参数

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void func(int &&v)
{
    // do something
}

int a = 1;
func(std::move(a));     // ok
func(2);                // ok

单从性能上来看，左右值引用都避免了传参拷贝。顺带提一下，C++规定 && 可以自动转化为const&，所以当形参为void func(int const& v)时调用func(2)其实是隐含了一个转换。但右值引用比const引用更灵活，因为它还是可以修改的。

移动语义

移动构造函数

在PImpl中也可以看到widget类中移动构造函数的参数为右值引用。

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class widget
{
    class impl;
    std::unique_ptr<impl> pImpl;
public:
    widget();
    explicit widget(int);
    ~widget();
    widget(widget&&);   // 移动构造
    widget(const widget&) = delete;
    widget& operator=(widget&&);    // 移动赋值
    widget& operator=(const widget&) = delete;
};

int main()
{
    widget w;
    widget wm = widget(std::move(w));
    // do something
}

这样做的好处同样是比用const引用更加灵活，可以做浅拷贝提升性能。

容器避免深拷贝

STL类大都支持移动语义函数，比如vector就可以用std::move避免深拷贝以提升性能

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std::vector<std::string> sVec;
std::string str = "hello";
sVec.push_back(std::move(str));     // 避免是对str的拷贝，性能得到提升

可移动对象在需要拷贝且被拷贝者之后不再被需要的场景，可以使用std::move触发移动语义，提升性能。

其他

std::forward

std::forward叫做完美转发，和std::move一样，这货跟转发没半毛钱关系。也是用于类型转换。
它不仅可以把左值转为右值，还可以反过来把右值转为左值。
使用方法：

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std::forward<T>(v);
// 1. 当T为左值引用时，v被转换为T类型的左值引用
// 2. 否则，v转换为T类型的右值引用  

这东西使用场景不多，我也不太懂，就不多做介绍了。

更多右值引用技巧可看这个 https://zhuanlan.zhihu.com/p/107445960

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