std::move -- 强制转化为右值

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-09-22 11:57 90阅读 0赞

在C++11中，标准库在`<utility>`中提供了一个有用的函数`std::move`，这个函数的名字具有迷惑性。  
实际上std::move并不能移动任何东西，它唯一的功能是将一个左值强制转化为右值引用，继而我们可以通过右值引用使用该值，以用于移动语义。  
从实现上讲，std::move基本等同于一个类型转换：

static_cast<T&&>(lvalue);

值得一提的是，**被转化的左值，其生命期并没有随着左右值的转化而改变。**  
如果读者期望std::move转化的左值变量lvalue能立即被析构，那么肯定会失望了。

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我们来看代码清单3-21所示的例子。

代码清单3-21

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    
    class Moveable
    {
    public:
        int* i;
        Moveable() : i(new int(3))
        {}
    
        ~Moveable(){
            delete i;
        }
    
        Moveable(const Moveable& m)
            : i(new int(*m.i)){
        }
    
        Moveable(Moveable&& m)
            : i(m.i){
            m.i = nullptr;
        }
    };
    
    int main()
    {
        Moveable a;
        Moveable c(move(a)); //会调用移动构造函数
        cout << *a.i << endl;//运行时错误
    }
     // 编译选项:g++ -std=c++11 3-3-6.cpp -fno-elide-constructors

在代码清单3-21中，我们为类型Moveable定义了移动构造函数。  
这个函数定义本身没有什么问题，但调用的时候，使用了Moveable c(move(a));这样的语句。这里的a本来是一个左值变量，通过std::move将其转换为右值。这样一来，a.i就被c的移动构造函数设置为指针空值。由于a的生命期实际要到main函数结束才结束，那么随后对表达式\*a.i进行计算的时候，就会发生严重的运行时错误。

这是个典型误用std::move的例子。当然，标准库提供该函数的目的不是为了让程序员搬起石头砸自己的脚。事实上，要使用该函数，必须是程序员清楚需要转换的时候。比如上例中，程序员应该知道被转化为右值的a不可以再使用。  
不过更多地，我们需要转换成为右值引用的还是一个确实生命期即将结束的对象。

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我们来看看代码清单3-22所示的正确例子。

代码清单3-22

#include <iostream>
    using namespace std;
    
    
    class HugeMem
    {
    public:
        int sz;
        int* c;
    
        HugeMem(int size)
            : sz(size > 0 ? size : 1){
            c = new int[sz];
        }
    
        ~HugeMem(){
            delete[] c;
        }
    
        HugeMem(HugeMem&& hm)
            : sz(hm.sz),c(hm.c){
            hm.c = nullptr;
        }
    };
    
    class Moveable{
    public:
        int* i;
        HugeMem h;
    
        Moveable()
            :i(new int(3)), h(1024) 
        {}
    
        ~Moveable() { 
            delete i; 
        }
    
        Moveable(Moveable && m) 
            :i(m.i), h(move(m.h)) {      // 强制转为右值，以调用移动构造函数
            m.i = nullptr;
        }
    };
    
    Moveable GetTemp() {
        Moveable tmp = Moveable();
        cout << hex << "Huge Mem from " << "GEtTemp"
            << " @" << tmp.h.c << endl; // Huge Mem from GEtTemp @01059D88
        return tmp;
    }
    
    int main() {
        Moveable a(GetTemp());
        cout << hex << "Huge Mem from " << "main"
            << " @" << a.h.c << endl;   // Huge Mem from main @01059D88
    }
    // 编译选项:g++ -std=c++11 3-3-7.cpp -fno-elide-constructors

在代码清单3-22中，我们定义了两个类型：HugeMem和Moveable，其中Moveable包含了一个HugeMem的对象。  
在Moveable的移动构造函数中，我们就看到了std::move函数的使用。  
该函数将m.h强制转化为右值，以迫使Moveable中的h能够实现移动构造。这里可以使用std::move，是因为m.h是m的成员，既然m将在表达式结束后被析构，其成员也自然会被析构，因此不存在代码清单3-21中的生存期不对的问题。另外一个问题可能是std::move使用的必要性。这里如果不使用std::move(m.h)这样的表达式，而是直接使用m.h这个表达式将会怎样？

其实这是C++11中有趣的地方：可以接受右值的右值引用本身却是个左值。  
这里的m.h引用了一个确定的对象，而且m.h也有名字，可以使用&m.h取到地址，因此是个不折不扣的左值。  
不过这个左值确确实实会很快“灰飞烟灭”，因为拷贝构造函数在Moveable对象a的构造完成后也就结束了。那么这里使用std::move强制其为右值就不会有问题了。而且，如果我们不这么做，由于m.h是个左值，就会导致调用HugeMem的拷贝构造函数来构造Moveable的成员h（虽然这里没有声明，读者可以自行添加实验一下）。如果是这样，移动语义就没有能够成功地向类的成员传递。换言之，还是会由于拷贝而导致一定的性能上的损失。

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事实上，为了保证移动语义的传递，程序员在编写移动构造函数的时候，应该总是记得使用std::move转换拥有形如堆内存、文件句柄等资源的成员为右值，这样一来，如果成员支持移动构造的话，就可以实现其移动语义。而即使成员没有移动构造函数，那么接受常量左值的构造函数版本也会轻松地实现拷贝构造，因此也不会引起大的问题。

《深入理解C++11》