C++11的右值引用的具體使用

C++11 引入了 std::move 語義、右值引用、移動(dòng)構(gòu)造和完美轉(zhuǎn)發(fā)這些特性。由于這部分篇幅比較長，分為3篇來進(jìn)行闡述。

在了解這些特性之前，我們先來引入一些問題。

一、問題導(dǎo)入

1. 函數(shù)返回值是傳值的時(shí)候發(fā)生幾次對(duì)象構(gòu)造、幾次拷貝？
2. 函數(shù)的形參是值傳遞的時(shí)候發(fā)生幾次對(duì)象構(gòu)造？

讓我們先來看一段代碼，

// main.cpp
#include <iostream>
using namespace std;

class A{
public:
  A(){
   cout<<"class A construct!"<<endl;
  } 
  A(const A&){
   cout<<"class A copy!"<<endl;
  }
  A& operator=(const A&){
   cout<<"assignment called!"<<endl;
  }
  ~A(){
   cout<<"class A destruct!"<<endl;
  }
};

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

使用 g++ 編譯；注意使用 -fno-elide-constructors關(guān)閉省略構(gòu)造優(yōu)化

g++ main.cpp -fno-elide-constructors

可以得到以下輸出

class A construct!
class A destruct!
class A copy!
class A destruct!
class A destruct!

可以看到A a=get_A_value(); 一行代碼居然產(chǎn)生1次對(duì)象構(gòu)造和2次對(duì)象的拷貝構(gòu)造！具體為

• 在 get_A_value() 里 A() 構(gòu)造了臨時(shí)對(duì)象，發(fā)生了一次構(gòu)造；
• 函數(shù)返回的時(shí)候會(huì)把臨時(shí)對(duì)象拷貝后作為返回值，發(fā)生一次拷貝；
• A a = 函數(shù)返回值發(fā)生了拷貝構(gòu)造。

如果使用編譯器優(yōu)化（默認(rèn)）, 則會(huì)把臨時(shí)對(duì)象拷貝的那次 和 用返回值構(gòu)造最終對(duì)象的拷貝的給省略了；也即，只有一次拷貝和析構(gòu)。

class A construct!
class A destruct!

如果把上面代碼改一下

// ... A

void pass_A_by_value(A a){

}
int main(){
  A a;
  pass_A_by_value(a);
  return 0;
}

在去掉優(yōu)化 g++ main.cpp -fno-elide-constructors時(shí)輸出為

class A construct!
class A copy!
class A destruct!
class A destruct!

1次構(gòu)造加上1次拷貝。

因此，下次如果面試的時(shí)候有人問這個(gè)問題，你就可以說：默認(rèn)情況下經(jīng)過編譯器優(yōu)化后臨時(shí)對(duì)象的拷貝就會(huì)被省去，如果使用 -fno-elide-constructors 省略優(yōu)化，則還要考慮臨時(shí)對(duì)象的拷貝。

事實(shí)上，在未經(jīng)優(yōu)化的情況下，以下時(shí)候拷貝構(gòu)造函數(shù)會(huì)被調(diào)用：

1. 函數(shù)內(nèi)的局部對(duì)象做為返回值返回(不是引用)的時(shí)候會(huì)發(fā)生拷貝（拷貝為臨時(shí)對(duì)象返回）
2. 函數(shù)形參為傳值的時(shí)候，會(huì)發(fā)生拷貝構(gòu)造
3. 一個(gè)對(duì)象以另外一個(gè)對(duì)象進(jìn)行初始化的時(shí)候

對(duì)象的頻繁構(gòu)造是程序的開銷，特別是當(dāng)對(duì)象內(nèi)部有堆上內(nèi)存（比如有 new 出來的成員）的時(shí)候，每次拷貝構(gòu)造的時(shí)候都需要用 new 申請(qǐng)一塊內(nèi)存，造成性能的降低。對(duì)于情況2，好習(xí)慣是如果函數(shù)參數(shù)是只讀的（也即不會(huì)在程序內(nèi)進(jìn)行修改），傳引用作為參數(shù)，也即 pass_A_by_refrence(const A &a); 對(duì)于情況1，編譯器會(huì)為我們進(jìn)行優(yōu)化; 對(duì)于情況3，C++11 引入了一種移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)的概念，它將獲取**右值引用*,右值的“資源” move 到新對(duì)象中，這個(gè)過程中不會(huì)申請(qǐng)新的內(nèi)存，從而達(dá)到提高了效率和性能。

所以，要理解些關(guān)鍵詞 “移動(dòng)構(gòu)造”、“移動(dòng)語義” ，首先要理解右值和右值引用。

二、右值和右值引用

2.1 左值(lvalue)和右值(rvalue)

在 一、問題導(dǎo)入 里我們提到了臨時(shí)對(duì)象，也即函數(shù)返回值的時(shí)候只會(huì)“臨時(shí)”存在的對(duì)象（運(yùn)行超過那一行就會(huì)結(jié)束它的生存期），這個(gè)臨時(shí)返回值就是一個(gè)右值；
右值的最直觀的定義為，顧名思義：

位于賦值運(yùn)算符 = 右邊的值，為右值；在左邊的則為左值

如

A a = foo(); // foo() 為右值
char *x = "thu"; // “thu”為字面值也為右值
a = b + c; // b + c這個(gè)結(jié)果也是一個(gè)右值

在C++中，還有個(gè)定義為：

左值可以取得地址、有名字； 不可以取得地址、沒有名字的為右值。

所以 A a = foo()可以用 &a取得a的地址，a 是左值，然是不能取得 foo()的地址，（&foo()）無法通過編譯， foo()返回的臨時(shí)對(duì)象也是沒有名字的，所以是右值。

在C++11中，右值包括兩種，一中是將亡值(xvalue, eXpiring Value)，一種是純右值(prvalue,Pure Rvalue)[1]。函數(shù)非引用返回的臨時(shí)對(duì)象、運(yùn)算表達(dá)式的結(jié)果、1, 3.14,'c'這樣的字面值等都屬于純右值。而xvalue則是由 C++11引入的 如返回值為 A&& 的函數(shù)返回值或者std::move()的返回值等。

不深究的話，我們只需要知道左值和右值的區(qū)別就行了。對(duì)于右值的詳細(xì)分類則不必深究。

2.2 左值引用和右值引用

左值引用就是一般的引用，一般用一個(gè)&表示，例如

const A &a_ref = a; // 取得對(duì)象 a 的引用

左值引用相當(dāng)于別名，指向一個(gè)具體的對(duì)象。

右值引用

右值引用顧名思義，就是右值的引用， 用 &&表示；
A &&r_ref = getRvalue(); // r_ref 是一個(gè)右值引用
右值引用也相當(dāng)于別名，與左值的區(qū)別為右值引用是無名變量的別名。

getRvalue() 是一個(gè)返回右值的函數(shù)，右值在這一句執(zhí)行完就該結(jié)束他的生存期了，如果是對(duì)象就該調(diào)用析構(gòu)函數(shù)了；但是==右值引用讓它強(qiáng)行續(xù)命==；使用右值引用指向右值，右值的生存期和右值引用一樣長了，這也就少一次對(duì)象的析構(gòu)和構(gòu)造了。

C++的右值引用主要有兩個(gè)用處，一個(gè)是移動(dòng)語義，一個(gè)是完美轉(zhuǎn)發(fā)。這個(gè)將在接下來的兩篇來講。

總結(jié)

為了導(dǎo)入右值和移動(dòng)語義，首先復(fù)習(xí)了以下臨時(shí)對(duì)象在函數(shù)返回值和傳參數(shù)時(shí)構(gòu)造了幾次；然后對(duì)比介紹了左值和右值，以及右值引用的形式和含義。為移動(dòng)語義和完美轉(zhuǎn)發(fā)的介紹做鋪墊。

參考資料

Michale Wang| IBM XL 編譯器中國 《深入理解C++11》, 機(jī)械工業(yè)出版社

以上就是本文的全部內(nèi)容，希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持億速云。