c++11：对象移动 & 右值引用 & 移动构造函数

柔光的暖阳◎ 2022-05-13 04:28 216阅读 0赞

## 一、概述 ##

c++ 11 新标准中最主要的特征是可以移动而非拷贝对象的能力。很多情况下，对象拷贝后就会立即被销毁。  
在这些情况下，移动而非拷贝对象会大幅度提升性能。

在旧 C++ 标准中，没有直接的方法移动对象。因此，即使不必要拷贝对象的情况下，我们也不得不拷贝。如果对象本身要求分配内存，进行不必要的拷贝代价非常高。类似的，在旧版本的标准库中，容器所保存的类型必须是可拷贝的，但在新标准中，我们可以用容器保存不可拷贝的类型，只要它们可以被移动即可。

> 移动，简单来说是解决各种情形下对象的资源所有权转移问题。

## 二、左值、右值与右值引用 ##

### 2.1 左值与右值 ###

左值与右值是从 C 语言继承过来的概念，原本是为了帮助记忆：左值可以出现在赋值语句的左边与右边，而右值只能出现在赋值语句的右边，如下面的赋值表达式：

a = b + c;

a 就是一个左值，而 b + c 则是一个右值。这种识别左值右值的方法在 C++ 中依然有效。不过 C++ 中有更广泛认同的说法，那就是：

> 可以取地址的、有名字的就是左值，反之不能取地址的、没有名字的就是右值。

分析上面的加法表达式，&a 是允许的操作，但 &(b + c) 这样的操作则不会通过编译。因此 a 是一个左值，(b + c) 则是右值。

这种判别方式非常有效，但是很感性，下面介绍更为细致的 C++11 中的判定方式。

##### –> 区分左值、纯右值与将亡值 #####

1.  纯右值：C++ 98 标准中的右值的概念，用于辨识临时变量与一些不跟对象关联的值，几种比较编程比较典型的纯右值：

1. 非引用返回的函数返回的临时变量值
    2. 运算表达式，如 (1+2) 产生的临时变量值
    3. 不与对象相关联的字面量值，如：2、true
    4. 类型转换函数的返回值
    5. lambda 表达式

1.  将亡值：C++11 新增的跟右值引用相关的表达式，这样的表达式通常是将要被移动的对象（资源所有权转移），通常是返回右值引用 T&& 的函数返回值、std::move 的返回值等。
2.  左值：除纯右值与将亡值外可以标识函数、对象的值都属于左值。

> 在 C++11 程序中，所有的值必属于左值、将亡值、纯右值三者之一。

### 2.2 右值引用 ###

为了支持移动语义，新标准中引入了一种必须绑定到右值得引用叫做**右值引用**，相比左值引用，右值引用通过 && 而不是 & 来获取，如我们将看到的，右值引用有一个重要的性质——只能绑定到一个将要销毁的对象上，因此我们可以很安全的将右值引用的资源”移动”到另一个对象中。

int i = 12;
    int &r = i;         // 左值引用
    int &&r1 = i * 12;  // 右值引用
    
    const int &r3 = i * 10; // 我们可以将一个 conts 引用绑定到右值中

##### –> 常量左值引用 #####

《const int &r3》被称为常量引用类型，它可以接受左值、右值对其进行初始化。而且在使用右值对其进行初始化时，常量左值引用也可以像右值引用一样将右值的生命期延长，不过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接下来的声明周期只能是只读的。

T &e = ReturnRValue();          // 编译失败
    const T &f = ReturnRValue();    // 编译通过

##### –> 左值持久；右值短暂 #####

观察左值与右值的特征，两者的区别很明显：左值是持久的状态，而右边要么是字面常量，要么是临时变量，是将要被销毁的对象。

**++这意味着：使用右值引用的代码可以自由安全的接管所引用对象的资源。++**

### 2.3 std::move：强制转化为右值 ###

在 C++11 中，标准库在 中提供了一个有用的函数 std::move，这个函数并不移动任何东西，它唯一的功能就是将一个左值强制转化为右值引用，继而可以通过右值继续使用该值，以用于移动语义。

T &&r = std::move(lvalue);

从实现上来讲，std::move 基本等价于一个类型转换：

static_cast<T&&>(lvalue);

## 三、移动语义 ##

前面引申出了右值引用，而在 C++11 的设计中，右值引用的意义有两大作用：移动语义和完美转发。我们主要讲一下移动语义。

移动语义，简单来说解决的是各种情形下对象的资源所有权转移的问题。

举个栗子。

问题：如何将大象从冰箱A转移到另一台冰箱B  
？

*  回答一：打开冰箱A门，取出大象，关上冰箱A门，打开另一台冰箱B门，放进大象，关上冰箱B门。
 *  回答二：将冰箱B直接套到大象上，然后将冰箱A销毁。

回答二是一种典型的”移动”思想，**右值中的数据可以被安全移走**这一特性使得右值被用来表达移动语义，以同类型的右值构造对象时，需要以引用形式传入参数。右值引用顾名思义专门用来引用右值，左值引用和右值引用可以被分别重载，这样确保左值和右值分别调用到拷贝和移动的两种语义实现。

对于左值，如果我们明确放弃对其资源的所有权，则可以通过 std::move() 来将其转为右值引用。std::move() 实际上是 static\_cast

### 3.1 移动构造函数和移动赋值运算符 ###

移动构造函数和移动赋值运算符是移动语义最典型的一个体现。

类似 string 类，如果我们自己的类也同时支持移动和拷贝，那么也能从中受益。为了让我们自己的类型支持移动操作，需要为其定义移动构造函数和移动赋值运算符。与拷贝构造函数不同的是，它们从给定对象窃取资源而不是拷贝资源。

移动构造函数的第一个参数是该类类型的一个右值引用。

class Foo {
    public:
        Foo() : ptr(new int(0)) {
            std::cout << "<--- Construct --->" << std::endl;
        }
    
        // 移动构造函数 
        Foo(Foo &&foo) : ptr(foo.ptr) {
            // 令 ptr 进入这样的状态——对其进行析构函数时安全的
            foo.ptr = nullptr;
            std::cout << "<--- Move construct --->" << std::endl;
        }
    
        int *ptr;
    }

与拷贝构造函数不同，移动构造函数不分配任何新内存，它从给定的 foo 对象中接管内存，并将给定 foo 对象指针都置为 nullptr，这使得对给定对象执行析构函数时安全的。

##### 移后源对象必须可析构 #####

值得注意的是，从一个给定对象移动数据并不会销毁此对象，但必须保证，经过”移动”操作后，源对象是可以被安全销毁的，也就是当编写一个移动操作后，必须保证移后源对象进入一个可析构的状态。

为了满足这一要求，我们通过将移后源对象的指针置为 nullptr 来实现。

##### 默认移动构造函数 #####

与拷贝构造函数不同的是，只有类的每个非 static 数据都可移动时，编译器才会为它合成移动构造函数或移动赋值表达式。编译器可以移动内置类型的成员，如果一个成员是类类型，且该类有对应的移动操作，编译器也能移动这个成员。

class Foo {
        int i;          // 内置类型可以移动
        std::string s;  // string 类定义了自己的移动操作
    }
    
    Foo foo;
    // 使用移动构造函数
    foo1 = Foo(std::move(foo));

> 如果一个类没有移动操作，通过正常的函数匹配，类会使用对应的拷贝操作来代替移动。

##### 移动右值，拷贝左值… #####

如果一个类既有移动构造函数，又有拷贝构造函数，编译器使用普通的函数匹配规则来确定使用哪个构造函数。

有一个比较简单口诀是：移动右值，拷贝左值

Foo f1,f2;
    Foo f2 = f1;    // f1 是左值，使用拷贝构造
    Foo getFoo();   // getFoo 函数返回一个右值
    f1 = getFoo();  // getFoo 返回右值，使用移动赋值

### 3.2 – ###

auto action = std::make_unique<Action>(false, filename, line);
    if (!action->InitTriggers(triggers, err)) {
        return false;
    }
    
    action_ = std::move(action);