右值引用

港控/mmm° 2022-05-15 07:15 239阅读 0赞

#### 写在前面 ####

> c++ 11 新特性之一：右值引用概念。

#### 主要内容 ####

> 左值和右值概念：

在c++11 之前 是没有办法直接得到右值的引用只能使用常量引用获取右值。  
比如const int &a = 1; 在这种情况下，右值不能被修改的。  
那什么是左值什么是右值？

*  C++( 包括 C) 中所有的表达式和变量，要么是左值，要么是右值。
 *  通俗的左值的定义就是非临时对象，那些可以在多条语句中使用的对象。所有的变量都满足这个定义，在多条代码中都可以使用，都是左值。
 *  右值是指临时的对象，它们只在当前的语句中有效。
 *  立即数都是右值。
 *  临时对象是作为右值处理的

> 右值引用的语法

左值和右值的语法符号

*  左值的声明符号为”&”， 为了和左值区分，右值的声明符号为”&&”
 *  如果临时对象通过一个接受右值的函数传递给另一个函数时，就会变成左值，因为这个临时对象在传递过程中，变成了命名对象。

简单点来说右值引用将临时对象的生命周期延续，将可以得到右值的可读可写的引用不像之前只能通过const得到只读的引用。

> 右值引用的意义

*  右值引用是用来支持**转移语义**的。
 *  转移语义可以将资源 (堆，系统对象等）从一个对象转移到另一个对象，这样能够减少不必要的临时对象的创建、拷贝以及销毁，能够大幅度提高 C++ 应用程序的**性能**。
 *  临时对象的维护 ( 创建和销毁 ) 对性能有严重影响。
 *  转移语义是和拷贝语义相对的，可以类比文件的剪切与复制。

> 你试试同一个盘符下面对一个大文件进行剪切/粘贴，复制/粘贴，可以明显看出速度的区别。在同一个文件系统下剪切/粘贴的过程只要对文件的记录进行修改就可以了，不用对数据块进行变动，自然会快很多。你可以想象剪切/粘贴和修改文件名是类似的。注意要在同一个文件系统（盘符）下试，不同的文件系统下这个操作就相当于复制/粘贴/删除的过程。自然会跟复制/粘贴差不多(删除也是个耗时很短的操作)

我个人的理解就是：转移语义是通过右值引用这个特性实现的。转移语义将可以使得在发生拷贝赋值的时候，原本的过程是：构造一个新的临时对象，将临时对象拷贝赋值给新的对象，再将该临时对象删除。现在有了移动语义之后，可以简化这之中的操作，提升拷贝赋值的效率，比如临时对象上控制的资源，可以直接通过指针的赋值赋值给新的对象，这样可以避免耗时耗力的深拷贝过程，因为你既要深拷贝还要在析构的时候释放这些资源，等于这趟损耗效率的事情你得做两遍。你说蛋疼不，c++本身就是扣效率到极致的一门语言，所以自然不能放任这样的事情发生，所以使用了移动拷贝之后，原本的深拷贝和资源释放都可以省略了，简直不要太开心。

之前在知乎上还看到这样一个段子：在没有右值引用实现的移动语义的时候，在c++的世界里你想将一头冰箱里的大象搬到旁边的另一台冰箱里，你需要这样操作：  
打开冰箱A的门，使用克隆技术克隆一头新的大象，然后关上冰箱A的门，使用原子毁灭技术消灭冰箱A当中的那个大象。  
再打开冰箱B的门，将克隆大象放进去，再重重的关上冰箱门。  
大功告成！这简直是牛逼到爆炸。。。也是傻逼到爆炸。你说你只是为了移动一头大象居然动用克隆技术原子毁灭。。。

有了移动语义之后的c++世界：  
现在只需要打开冰箱A的门将大象抱出来再关上A的门  
再打开冰箱B的门将大象放进去就可以了。  
简直不要太方便和简单。

> 现在我们再来分析一下这说的是啥:

以前在拷贝赋值的时候比如：  
A a = 表达式;  
这会发生以下的事情：  
首先调用a的拷贝构造函数将表达式的结果返回的临时对象传入，此时的拷贝构造函数是这样的：  
A(const A& t) \{……\}  
参数采用的是const 引用的形式为了可以接受左值也可以接受右值.  
此时t将是对于临时对象的深拷贝然后临时对象析构，这就对应大象的克隆和原子毁灭。如果这个临时对象管理的资源是非常的大的时候，造成的效率的浪费可想而知。

现在可以定义移动拷贝构造函数:  
A(A&& t) \{…\}  
类的右值是一个临时对象，如果没有被绑定到引用，在表达式结束时就会被废弃。  
于是我们可以在右值被废弃之前，移走它的资源进行废物利用，从而避免无意义的复制。这里的临时对象就被这个右值引用续命。他的生命周期将会通过右值引用得以延续，和变量t的声明周期一样长。  
在这个拷贝构造函数当中可以对于传入的t的资源比如指向某些大资源的指针进行浅拷贝然后将t的这些指针重新置位nullptr。当t出了该移动拷贝构造函数就会被析构此时他原本管理的资源（指针）此时为nullptr，在被释放的时候也无需做任何的额外操作。

> std::move

c++11引入的一个标准库函数。

右值引用的性质：智能绑定到一个将要销毁的对象。因此我们可以自由的将一个右值引用的资源移动到另一个对象上。

左值可以绑定到左值引用。但是不可以绑定到右值引用。  
右值可以绑定到右值引用，但是不可以绑定到左值引用。  
const 引用可以绑定左值也可以绑定右值。

右值引用的特点：  
所引用的对象将要被销毁。  
该对象没有其他的用户。

所以我们可以自由的接管该对象的资源。

表达式都有左值和右值的属性，变量表达式都是左值所以不能将右值引用绑定到右值引用上。  
虽然上述不可以实现但是可以将左值转换为对应的右值引用类型。  
std::move 调用告诉编译器：我们有一个左值但是我们希望其像一个右值一样处理。  
一旦这样做我们就不能再使用这个左值了，因为其已经被我们当做一个类型临时对象的东西弃用。

> 移动拷贝可移动赋值

参数必须是右值引用。  
完成资源移动操作并且还得保证移动之后的源对象处于销毁无害状态，一旦移动完成源对象就不能再指向这些被移动的资源这些资源的所有权归属新创建的对象。  
移动操作不应该抛出任何异常。

和标准库容器的内存分配扯上关系：  
标准库的容器能对异常的发生其自身的行为提供保证。比如vector在push\_back的时候如果发生异常其自身是不会改变的。  
如果我们不使用noexcept告知标准库我们的移动拷贝构造函数不会发生异常，那么当vector空间满了的时候重新分配内存的时候将会使用拷贝构造函数进行拷贝，他会认为移动拷贝构造函数可能会抛出异常。

我们可能期望移动后的源对象是空的但是这没有保证。

> 只有当一个类没有定义任何的自定义版本的拷贝控制成员，且所有的非静态成员都可以移动的时候编译器就会合成移动构造函数和移动赋值操作符。

如果一个成员函数同时提供拷贝和移动版本也能从中获益。