C++11右值引用和std::move语句实例解析

关键字：C++11，右值引用，rvalue，std::move，VS 2015

OS：Windows 10

 

右值引用（及其支持的Move语意和完美转发）是C++0x加入的最重大语言特性之一。从实践角度讲，它能够完美解决C++中长久以来为人所诟病的临时对象效率问题。从语言本身讲，它健全了C++中的引用类型在左值右值方面的缺陷。从库设计者的角度讲，它给库设计者又带来了一把利器。从库使用者的角度讲，不动一兵一卒便可以获得“免费的”效率提升… 

 

下面用实例来深入探讨右值引用。

 

1.什么是左值，什么是右值，简单说左值可以赋值，右值不可以赋值。以下面代码为例，“ A a = getA();”该语句中a是左值，getA()的返回值是右值。

#include "stdafx.h"
#include <iostream>

class A
{
public:
    A() { std::cout << "Constructor" << std::endl; }
    A(const A&) { std::cout << "Copy Constructor" << std::endl; }
    ~A() {}
};

static A getA()
{
    A a;
    return a;
}

int main()
{
    A a = getA();
    
    return 0;
}

运行以上代码，输出结果如下：

Constructor
Copy Constructor

可以看到A的构造函数调用一次，拷贝构造函数调用了一次，构造函数和拷贝构造函数是消耗比较大的，这里是否可以避免拷贝构造？C++11做到了这一点。

 

2.添加A的移动构造函数，代码如下：

#include "stdafx.h"
#include <iostream>

class A
{
public:
    A() { std::cout << "Constructor" << std::endl; }
    A(const A&) { std::cout << "Copy Constructor" << std::endl; }
    A(const A&&) { std::cout << "Move Constructor" << std::endl; }
    ~A() {}
};

static A getA()
{
    A a;
    return a;
}

int main()
{
    A a = getA();
    
    return 0;
}

运行以上代码，输出结果：

Constructor
Move Constructor

这样就没有调用拷贝构造函数，而是调用移动构造。这里并没有看到移动构造的优点。

 

3.修改代码，给A类添加一个成员变量如下：

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <vector>

class B
{
public:
    B() {}
    B(const B&) { std::cout << "B Constructor" << std::endl; }
};

class A
{
public:
    A(): m_b(new B()) { std::cout << "A Constructor" << std::endl; }
    A(const A& src) :
        m_b(new B(*(src.m_b)))
    { 
        std::cout << "A Copy Constructor" << std::endl;
    }
    A(A&& src) :
        m_b(src.m_b)
    {
        src.m_b = nullptr;
        std::cout << "A Move Constructor" << std::endl;
    }
    ~A() { delete m_b; }

private:
    B* m_b;
};

static A getA()
{
    A a;
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    return a;
}

int main()
{
    A a = getA();
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    A a1(a);
    
    return 0;
}

运行以上代码，输出结果：

A Constructor
================================================
A Move Constructor
================================================
B Constructor
A Copy Constructor

“ A a = getA();”调用的是A的移动构造，“ A a1(a); ”调用的是A的拷贝构造。A的拷贝构造需要对成员变量B进行深拷贝，而A的移动构造不需要，很明显，A的移动构造效率高。

 

4.std::move语句可以将左值变为右值而避免拷贝构造，修改代码如下：

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <vector>

class B
{
public:
    B() {}
    B(const B&) { std::cout << "B Constructor" << std::endl; }
};

class A
{
public:
    A(): m_b(new B()) { std::cout << "A Constructor" << std::endl; }
    A(const A& src) :
        m_b(new B(*(src.m_b)))
    { 
        std::cout << "A Copy Constructor" << std::endl;
    }
    A(A&& src) noexcept :
        m_b(src.m_b)
    {
        src.m_b = nullptr;
        std::cout << "A Move Constructor" << std::endl;
    }
    ~A() { delete m_b; }

private:
    B* m_b;
};

static A getA()
{
    A a;
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    return a;
}

int main()
{
    A a = getA();
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    A a1(a);
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    A a2(std::move(a1));
    return 0;
}

运行以上代码，输出结果：

A Constructor
================================================
A Move Constructor
================================================
B Constructor
A Copy Constructor
================================================
A Move Constructor

“ A a2(std::move(a1));”将a1转换为右值，因此a2调用的移动构造而不是拷贝构造。

 

5.赋值操作符也可以是移动赋值。

#include "stdafx.h"
#include <iostream>
#include <vector>


class B
{
public:
    B() {}
    B(const B&) { std::cout << "B Constructor" << std::endl; }
};

class A
{
public:
    A(): m_b(new B()) { std::cout << "A Constructor" << std::endl; }
    A(const A& src) :
        m_b(new B(*(src.m_b)))
    { 
        std::cout << "A Copy Constructor" << std::endl;
    }
    A(A&& src) :
        m_b(src.m_b)
    {
        src.m_b = nullptr;
        std::cout << "A Move Constructor" << std::endl;
    }
    A& operator=(const A& src) noexcept
    {
        if (this == &src)
            return *this;

        delete m_b;
        m_b = new B(*(src.m_b));
        std::cout << "operator=(const A& src)" << std::endl;
        return *this;
    }
    A& operator=(A&& src) noexcept
    {
        if (this == &src)
            return *this;

        delete m_b;
        m_b = src.m_b;
        src.m_b = nullptr;
        std::cout << "operator=(const A&& src)" << std::endl;
        return *this;
    }
    ~A() { delete m_b; }

private:
    B* m_b;
};

static A getA()
{
    A a;
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    return a;
}

int main()
{
    A a = getA();//移动构造
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    A a1(a);//拷贝构造
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    A a2(std::move(a1));//移动构造
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    a2 = getA();//移动赋值
    std::cout << "================================================" << std::endl;
    a2 = a1;//拷贝赋值
    return 0;
}

 

运行以上代码，输出结果：

A Constructor
================================================
A Move Constructor
================================================
B Constructor
A Copy Constructor
================================================
A Move Constructor
================================================
A Constructor
================================================
A Move Constructor
operator=(const A&& src)
================================================
B Constructor
operator=(const A& src)

 

 总之尽量给类添加移动构造和移动赋值函数，而减少拷贝构造和拷贝赋值的消耗。 移动构造，移动赋值要加上noexcept，用于通知标准库不抛出异常。

 

参考链接：

http://en.cppreference.com/w/cpp/language/move_constructor