右值引用：移動(dòng)語(yǔ)義和完美轉(zhuǎn)發(fā)

指針成員與拷貝構(gòu)造

#include <iostream>
using namespace std;

class HasPtrMem {
public:
    HasPtrMem(): d(new int(0)) {}
    ~HasPtrMem() { delete d; }
    int * d;
};

int main() {
    HasPtrMem a;
    HasPtrMem b(a);
    cout << *a.d << endl;   // 0
    cout << *b.d << endl;   // 0
}   // 析構(gòu)：運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤，多次在同一位置調(diào)用delete

• 淺拷貝（shollow copy）

在未聲明拷貝構(gòu)造函數(shù)時(shí)，編譯器也會(huì)為類生成一個(gè)淺拷貝構(gòu)造函數(shù)。

解決淺拷貝問題的方法是用戶自定義拷貝函數(shù)，進(jìn)行“深拷貝”（deep copy）。

#include <iostream>
using namespace std;

class HasPtrMem {
public:
    HasPtrMem(): d(new int(0)) {}
    HasPtrMem(const HasPtrMem & h):
        d(new int(*h.d)) {} // 拷貝構(gòu)造函數(shù)，從堆中分配內(nèi)存，并用*h.d初始化
    ~HasPtrMem() { delete d; }
    int * d;
};

int main() {
    HasPtrMem a;
    HasPtrMem b(a);
    cout << *a.d << endl;   // 0
    cout << *b.d << endl;   // 0
}   // 正常析構(gòu)析構(gòu)

左值，右值和右值引用

在C++11中所有的值必屬于左值（lvalue）、右值(rvalue)兩者之一，右值又可以細(xì)分為純右值(prvalue, Pure RValue)、將亡值(xvalue, eXpiring Value)。

在C++11中可以取地址的、有名字的就是左值，反之，不能取地址的、沒有名字的就是右值（將亡值或純右值）。

a = b+c;

// a 左值， &a 合法
// b+c 是右值， &(b+c) 非法

純右值

• 非引用返回的函數(shù)返回的臨時(shí)變量值
• 1+3 產(chǎn)生的臨時(shí)變量
• 2, 'c', true
• 類型轉(zhuǎn)換函數(shù)的返回值
• lambda 表達(dá)式

將亡值

將亡值則是 C++11 新增的跟右值引用相關(guān)的表達(dá)式，這樣表達(dá)式通常是將要被移動(dòng)對(duì)象.

• 返回右值引用 T&& 的函數(shù)返回值
• std::move 的返回值
• 轉(zhuǎn)換為 T&& 的類型轉(zhuǎn)換函數(shù)的返回值

右值引用就是對(duì)一個(gè)右值進(jìn)行引用的類型.

通常情況下,右值不具有名字,我們只能通過引用的方式找到它.

T&& a = RetureRvalue();
/*
 * a 是右值引用
 * RetureRvalue 返回一個(gè)臨時(shí)變量
 * a 這個(gè)右值引用 引用 RetureRvalue 返回的臨時(shí)變量
*/

右值引用和左值引用都是屬于引用類型。無(wú)論是聲明一個(gè)左值引用還是右值引用，都必須立即進(jìn)行初始化。而其原因可以理解為是引用類型本身自己并不擁有所綁定對(duì)象的內(nèi)存，只是該對(duì)象的一個(gè)別名。左值引用是具名變量值的別名，而右值引用則是不具名（匿名）變量的別名。

通常情況下,右值引用不能綁定到任何左值上.

int c;
int &&d = c; // error, 左值引用不能綁定到左值上

C++98 左值引用是否可以綁定到右值上?

T& e = RetureRvalue();          // error
const T& f = RetureRvalue();    // ok

在 C++98 中,常量左值引用就是個(gè)"萬(wàn)能"的引用類型.可以接受非常量左值、常量左值、右值對(duì)其進(jìn)行初始化.而且使用右值對(duì)其初始化的時(shí)候,常量左值引用還可以向右值引用一樣將右值的生命周期延長(zhǎng).不過相比于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.相對(duì)的,非常量左值引用只能接受非常量左值對(duì)其初始化.

在 C++98 中使用 常量左值引用 來(lái)減少臨時(shí)對(duì)象的開銷:

#include <iostream>
using namespace std;

struct Copyable {
    Copyable() {}
    Copyable(const Copyable &o) {
        cout << "Copied" << endl;
    }
};

Copyable ReturnRvalue() { return Copyable(); }
void AcceptVal(Copyable) {}
void AcceptRef(const Copyable & cp) {}//Copyable c = std::move(cp);}
void AcceptRRef(int && i) {i+=3; cout << (char)i << endl;}

int main() {
    cout << "Pass by value: " << endl;
    AcceptVal(ReturnRvalue()); // 臨時(shí)值被拷貝傳入
    cout << "Pass by reference: " << endl;
    AcceptRef(ReturnRvalue()); // 臨時(shí)值被作為引用傳遞
    AcceptRRef('c'); // 臨時(shí)值被作為引用傳遞
}

常量右值引用

const T&& crvalueref = RetureRvalue();

右值引用就是為了移動(dòng)語(yǔ)義，而移動(dòng)語(yǔ)義需要右值是可以被修改的，那么常量右值引用在移動(dòng)語(yǔ)義中就沒有用處；二來(lái)如果要引用右值且讓右值不可以更改，常量左值引用就夠了。

#include <type_traits>

std::cout << is_lvalue_reference<string &&>::value;
std::cout << is_rvalue_reference<string &&>::value;

移動(dòng)語(yǔ)義

#include <iostream>
using namespace std;

class A {
public:
    int x;
    A(int x) : x(x)
    {
        cout << "Constructor" << endl;
    }
    A(A& a) : x(a.x)
    {
        cout << "Copy Constructor" << endl;
    }
    A& operator=(A& a)
    {
        x = a.x;
        cout << "Copy Assignment operator" << endl;
        return *this;
    }
    A(A&& a) : x(a.x)
    {
        cout << "Move Constructor" << endl;
    }
    A& operator=(A&& a)
    {
        x = a.x;
        cout << "Move Assignment operator" << endl;
        return *this;
    }
};

A GetA()
{
    return A(1);
}

A&& MoveA()
{
    return A(1);
}

int main()
{
    cout << "-------------------------1-------------------------" << endl;
    A a(1);
    cout << "-------------------------2-------------------------" << endl;
    A b = a;
    cout << "-------------------------3-------------------------" << endl;
    A c(a);
    cout << "-------------------------4-------------------------" << endl;
    b = a;
    cout << "-------------------------5-------------------------" << endl;
    A d = A(1);
    cout << "-------------------------6-------------------------" << endl;
    A e = std::move(a);
    cout << "-------------------------7-------------------------" << endl;
    A f = GetA();
    cout << "-------------------------8-------------------------" << endl;
    A&& g = MoveA();
    cout << "-------------------------9-------------------------" << endl;
    d = A(1);
}
/*
-------------------------1-------------------------
Constructor
-------------------------2-------------------------
Copy Constructor
-------------------------3-------------------------
Copy Constructor
-------------------------4-------------------------
Copy Assignment operator
-------------------------5-------------------------
Constructor
-------------------------6-------------------------
Move Constructor
-------------------------7-------------------------
Constructor
-------------------------8-------------------------
Constructor
-------------------------9-------------------------
Constructor
Move Assignment operator
*/

#include <iostream>
using namespace std;

class HasPtrMem {
public:
    HasPtrMem(): d(new int(0)) {
        cout << "Construct: " << ++n_cstr << endl;
    }
    HasPtrMem(const HasPtrMem & h): d(new int(*h.d)) {
        cout << "Copy construct: " << ++n_cptr << endl;
    }
    ~HasPtrMem() {
        delete d;
        cout << "Destruct: " << ++n_dstr << endl;
    }
    int * d;
    static int n_cstr;
    static int n_dstr;
    static int n_cptr;
};

int HasPtrMem::n_cstr = 0;
int HasPtrMem::n_dstr = 0;
int HasPtrMem::n_cptr = 0;

HasPtrMem GetTemp() { return HasPtrMem(); }

int main() {
    HasPtrMem a = GetTemp();
}
/*
 * 程序輸出：
 * Construct: 1
 * Copy construct: 1
 * Destruct: 1
 * Copy construct: 2
 * Destruct: 2
 * Destruct: 3
*/
/*
 * 在新的版本的編譯器程序輸出：
 * Construct: 1
 * Destruct: 1
*/

本示例想說(shuō)明一個(gè)問題，拷貝構(gòu)造的調(diào)用，尤其是深拷貝構(gòu)造的調(diào)用，會(huì)進(jìn)行內(nèi)存的memcpy，消耗大量資源。

C++11 的移動(dòng)語(yǔ)義（move semantics）:

不會(huì)進(jìn)行拷貝構(gòu)造，只是將臨時(shí)變量“偷來(lái)”。

#include <iostream>
using namespace std;

class HasPtrMem {
public:
    HasPtrMem(): d(new int(3)) {
        cout << "Construct: " << ++n_cstr << endl;
    }
    HasPtrMem(const HasPtrMem& h) : d(new int(*h.d)) {
        cout << "Copy construct: " << ++n_cptr << endl;
    }
    HasPtrMem(HasPtrMem && h): d(h.d) { // 移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)
        h.d = nullptr;                  // 將臨時(shí)值的指針成員置空
        cout << "Move construct: " << ++n_mvtr << endl;
    }
    ~HasPtrMem() {
        delete d;
        cout << "Destruct: " << ++n_dstr << endl;
    }
    int * d;
    static int n_cstr;
    static int n_dstr;
    static int n_cptr;
    static int n_mvtr;
};

int HasPtrMem::n_cstr = 0;
int HasPtrMem::n_dstr = 0;
int HasPtrMem::n_cptr = 0;
int HasPtrMem::n_mvtr = 0;

const HasPtrMem GetTemp() {
    HasPtrMem h;
    cout << "Resource from " <<  __func__ << ": " << hex << h.d << endl;
    return h;
}

int main() {
    const HasPtrMem && a = GetTemp();
    cout << "Resource from " <<  __func__ << ": " << hex << a.d << endl;
    // hex << a.d ===> hex(a.d)
}
/*
    Construct: 1
    Resource from GetTemp: 0x907ab0
    Resource from main: 0x907ab0
    Destruct: 1
*/
// 移動(dòng)構(gòu)造并沒有被調(diào)用，該示例無(wú)法說(shuō)明任何問題.

std::move 強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為右值

std::move 將一個(gè)左值強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為右值引用，繼而我們通過右值使用該值，以用于移動(dòng)語(yǔ)義。

// 等價(jià)于：
static_cast<T&&>(lvalue);

被強(qiáng)制轉(zhuǎn)化的左值，其生命周期并沒有隨著左右值的變化而改變。

#include <iostream>

class Moveable {
public:
    Moveable(): i (new int(3)) {
        std::cout << "Moveable" << std::endl;
    }
    ~Moveable() { delete i; }
    Moveable(const Moveable & m) : i(new int(*m.i)) {}
    Moveable(Moveable && m) : i (m.i) {
        m.i = nullptr;
    }

    int *i;
};

int main()
{
    Moveable a;
    Moveable c(std::move(a));   // a 為左值，強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為右值
    std::cout << *(a.i) << std::endl; // 在 std::move(a) 時(shí)， a.i 就被設(shè)置為了 nullptr， 故這里運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤

    return 0;
}