C++ 右值语义相关总结

这篇文章主要介绍了C++ 右值语义的的相关资料,帮助大家更好的理解和学习使用c++,感兴趣的朋友可以了解下

在现代C++的众多特性中,右值语义(std::move和std::forward)大概是最神奇也最难懂的特性之一了。本文简要介绍了现代C++中右值语义特性的原理和使用。

1 什么是左值,什么是右值?

 int a = 0;  // a是左值,0是右值 int b = rand(); // b是左值,rand()是右值

直观理解:左值在等号左边,右值在等号右边

深入理解:左值有名称,可根据左值获取其内存地址,而右值没有名称,不能根据右值获取地址。

2 引用叠加规则

左值引用A&和右值引用A&&可相互叠加, 叠加规则如下:

 A& + A& = A& A& + A&& = A& A&& + A& = A& A&& + A&& = A&&

举例说明,在模板函数void foo(T&& x)中:

如果T是int&类型, T&&为int&,x为左值语义
如果T是int&&类型, T&&为int&&, x为右值语义
也就是说,不管输入参数x为左值还是右值,都能传入函数foo。区别在于两种情况下,编译器推导出模板参数T的类型不一样。

3 std::move

3.1 What?

在C++11中引入了std::move函数,用于实现移动语义。它用于将临时变量(也有可能是左值)的内容直接移动给被赋值的左值对象。

3.2 Why?

知道了std::move是干什么的,他能给我们的搬砖工作带来哪些好处呢? 举例说明:

如果类X包含一个指向某资源的指针,在左值语义下,类X的复制构造函数定义如下:

 X::X() { // 申请资源(指针表示) } X::X(const X& other) { // ... // 销毁资源 // 克隆other中的资源 // ... } X::~X() { // 销毁资源 }

假设应用代码如下。其中,对象tmp被赋给a之后,便不再使用。

 X tmp; // ...经过一系列初始化... X a = tmp;

在上面的代码中,执行步骤:

  • 先执行一次默认构造函数(默认构造tmp对象)
  • 再执行一次复制构造函数(复制构造a对象)
  • 退出作用域时执行析构函数(析构tmp和a对象)

从资源的视角来看,上述代码中共执行了2次资源申请和3次资源释放。

那么问题来了,既然对象tmp只是一个临时对象,在执行X a = tmp;时,对象a能否将tmp的资源'偷'过来,直接为我所用,而不影响原来的功能? 答案是可以。

 X::X(const X& other) { // 使用std::swap交换this和other的资源 }

通过'偷'对象tmp的资源,减少了资源申请和释放的开销。而std::swap交换指针代价极小,可忽略不计。

3.3 How?

到现在为止,我们明白了std::move将要达到的效果,那么它究竟是怎么实现的呢?

 template typename remove_reference::type&& std::move(T&& a) noexcept { typedef typename remove_reference::type&& RvalRef; return static_cast(a); }

不管输入参数为左值还是右值,都被remove_reference去掉其引用属性,RvalRef为右值类型,最终返回类型为右值引用。

3.4 Example

在实际使用中,一般将临时变量作为std::move的输入参数,并将返回值传入接受右值类型的函数中,方便其'偷取'临时变量中的资源。需要注意的是,临时变量被'偷'了之后,便不能对其进行读写,否则会产生未定义行为。

 #include  #include  #include  #include  void foo(const std::string& n) { std::cout << "lvalue" << std::endl; } void foo(std::string&& n) { std::cout << "rvalue" << std::endl; } void bar() { foo("hello");    // rvalue std::string a = "world"; foo(a);      // lvalue foo(std::move(a));   // rvalue } int main() { std::vector a = {"hello", "world"}; std::vector b; b.push_back("hello");   // 开销:string复制构造 b.push_back(std::move(a[1])); // 开销:string移动构造(将临时变量a[1]中的指针偷过来) std::cout << "bsize: " << b.size() << std::endl; for (std::string& x: b) std::cout << x << std::endl; bar(); return 0; }

4 std::forward

4.1 What?

std::forward用于实现完美转发。那么什么是完美转发呢?完美转发实现了参数在传递过程中保持其值属性的功能,即若是左值,则传递之后仍然是左值,若是右值,则传递之后仍然是右值。

简单来说,std::move用于将左值或右值对象强转成右值语义,而std::forward用于保持左值对象的左值语义和右值对象的右值语义。

4.2 Why?

 #include  #include  void bar(const int& x) { std::cout << "lvalue" << std::endl; } void bar(int&& x) { std::cout << "rvalue" << std::endl; } template  void foo(T&& x) { bar(x); } int main() { int x = 10; foo(x); // 输出:lvalue foo(10); // 输出:lvalue return 0; }

执行以上代码会发现,foo(x)和foo(10)都会输出lvalue。foo(x)输出lvalue可以理解,因为x是左值嘛,但是10是右值,为啥foo(10)也输出lvalue呢?

这是因为10只是作为函数foo的右值参数,但是在foo内部,10被带入了形参x,而x是一个有名字的变量,即右值,因此foo中bar(x)还是输出lvalue。

那么问题来了,如果我们想在foo函数内部保持x的右值语义,该怎么做呢?std::forward便派上了用场。

只需改写foo函数:

 template  void foo(T&& x) { bar(std::forward(x)); }

4.3 How?

std::forward听起来有点神奇,那么它到底是如何实现的呢?

 template shared_ptr factory(Arg&& arg) { return shared_ptr(new T(std::forward(arg))); } template S&& forward(typename remove_reference::type& a) noexcept { return static_cast(a); } X x; factory(x);

= X&。因此,在这种情况下,std::forward(arg)仍然是左值。

= X。这种情况下,std::forward(arg)是一个右值。

恰好达到了保留左值or右值语义的效果!

4.4 Example

直接上代码。如果前面都懂了,相信这段代码的输出结果也能猜个八九不离十了。

 #include  #include  void overloaded(const int& x) { std::cout << "[lvalue]" << std::endl; } void overloaded(int&& x) { std::cout << "[rvalue]" << std::endl; } template  void fn(T&& x) { overloaded(x); overloaded(std::forward(x)); } int main() { int i = 10; overloaded(std::forward(i)); overloaded(std::forward(i)); overloaded(std::forward(i)); fn(i); fn(std::move(i)); return 0; }

以上就是C++ 右值语义相关总结的详细内容,更多请关注0133技术站其它相关文章!

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