【c++11】左右值引用、移动语义和完美转发

本文主要是介绍【c++11】左右值引用、移动语义和完美转发，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

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引入目的

c++中引入了右值引用和移动语义，可以避免无谓的复制，提高程序性能。

左值、右值

看能不能对表达式取地址，如果能，则为左值，否则为右值。

而右值又分为将亡值和纯右值，而将亡值则是c++11新增的和右值引用相关的表达式，这样的表达式通常时将要移动的对象、T&&函数返回值、std::move()函数的返回值等，

左值引用、右值引用

左值引用很好理解，就是我们平时用的引用，给左值变量取个别名；右值引用是给右值取个别名，而且这样它就变成一个左值了，可以对它取地址。c++11中的右值引用使用的符号是&&

int&& a = 1; //实质上就是将不具名(匿名)变量取了个别名
int b = 1;
int && c = b; //编译错误！ 不能将一个左值复制给一个右值引用

左值引用只能绑定左值，右值引用只能绑定右值，如果绑定的不对，编译就会失败。但是，常量左值引用却是个奇葩，它可以算是一个“万能”的引用类型，它可以绑定非常量左值、常量左值、右值，而且在绑定右值的时候，常量左值引用还可以像右值引用一样将右值的生命期延长，缺点是，只能读不能改。

const int & a = 1; //常量左值引用绑定 右值， 不会报错

总结一下，其中T是一个具体类型：

1. 左值引用， 使用 T&, 只能绑定左值
2. 右值引用， 使用 T&&， 只能绑定右值
3. 常量左值， 使用 const T&, 既可以绑定左值又可以绑定右值
4. 已命名的右值引用，编译器会认为是个左值
5. 编译器有返回值优化，但不要过于依赖

移动构造和移动赋值

总思想是：把资源所有权转移，这样就不用去重复开辟内存，减少内存开销。

// 拷贝构造函数
   MyString(const MyString& str) {
       CCtor ++;
       m_data = new char[ strlen(str.m_data) + 1 ];
       strcpy(m_data, str.m_data);
   }
   // 移动构造函数
   MyString(MyString&& str) noexcept
       :m_data(str.m_data) {
       MCtor ++;
       str.m_data = nullptr; //不再指向之前的资源了
   }

   // 拷贝赋值函数 =号重载
   MyString& operator=(const MyString& str){
       CAsgn ++;
       if (this == &str) // 避免自我赋值!!
          return *this;

       delete[] m_data;
       m_data = new char[ strlen(str.m_data) + 1 ];
       strcpy(m_data, str.m_data);
       return *this;
   }

   // 移动赋值函数 =号重载
   MyString& operator=(MyString&& str) noexcept{
       MAsgn ++;
       if (this == &str) // 避免自我赋值!!
          return *this;

       delete[] m_data;
       m_data = str.m_data;
       str.m_data = nullptr; //不再指向之前的资源了
       return *this;
   }

什么时候该使用noexcept？

使用noexcept表明函数或操作不会发生异常，会给编译器更大的优化空间。然而，并不是加上noexcept就能提高效率，步子迈大了也容易扯着蛋。
以下情形鼓励使用noexcept：

• 移动构造函数（move constructor）
• 移动分配函数（move assignment）又称为移动赋值函数
• 析构函数（destructor）。这里提一句，在新版本的编译器中，析构函数是默认加上关键字noexcept的。下面代码可以检测编译器是否给析构函数加上关键字noexcept。

    struct X
    {
        ~X() { };
    };
    
    int main()
    {
        X x;
    
        // This will not fire even in GCC 4.7.2 if the destructor is
        // explicitly marked as noexcept(true)
        static_assert(noexcept(x.~X()), "Ouch!");
    }

• 叶子函数（Leaf Function）。叶子函数是指在函数内部不分配栈空间，也不调用其它函数，也不存储非易失性寄存器，也不处理异常。

最后强调一句，在不是以上情况或者没把握的情况下，不要轻易使用noexception。

对于一个左值，肯定是调用拷贝构造函数了，但是有些左值是局部变量，生命周期也很短，能不能也移动而不是拷贝呢？C++11为了解决这个问题，提供了std::move()方法来将左值转换为右值，从而方便应用移动语义。我觉得它其实就是告诉编译器，虽然我是一个左值，但是不要对我用拷贝构造函数，而是用移动构造函数吧。。。

c++11中的所有容器都实现了move语义，move只是转移了资源的控制权，本质上是将左值强制转化为右值使用，以用于移动拷贝或赋值，避免对含有资源的对象发生无谓的拷贝。move对于拥有如内存、文件句柄等资源的成员的对象有效，如果是一些基本类型，如int和char[10]数组等，如果使用move，仍会发生拷贝（因为没有对应的移动构造函数），所以说move对含有资源的对象说更有意义。

universal references(通用引用)

template<typename T>
void f( T&& param){  
}
f(10);  //10是右值
int x = 10; //
f(x); //x是左值

传递左值进去，就是左值引用，传递右值进去，就是右值引用。如它的名字，这种类型确实很"通用"，下面要讲的完美转发，就利用了这个特性。

完美转发

所谓转发，就是通过一个函数将参数继续转交给另一个函数进行处理，原参数可能是右值，可能是左值，如果还能继续保持参数的原有特征，那么它就是完美的。

c++中提供了一个std::forward()模板函数解决这个问题。

emplace_back减少内存拷贝和移动

对于map和set，可以使用emplace()。基本上emplace_back()对应push_bakc(), emplce()对应insert()。

移动语义对swap()函数的影响也很大，之前实现swap可能需要三次内存拷贝，而有了移动语义后，就可以实现高性能的交换函数了。

template <typename T>
void swap(T& a, T& b)
{
    T tmp(std::move(a));
    a = std::move(b);
    b = std::move(tmp);
}

总结

• 有两种值类型，左值和右值。

• 有三种引用类型，左值引用、右值引用和通用引用。左值引用只能绑定左值，右值引用只能绑定右值，通用引用由初始化时绑定的值的类型确定。

• 左值和右值是独立于他们的类型的，右值引用可能是左值可能是右值，如果这个右值引用已经被命名了，他就是左值。

• 引用折叠规则：所有的右值引用叠加到右值引用上仍然是一个右值引用，其他引用折叠都为左值引用。当T&&为模板参数时，输入左值，它将变成左值引用，输入右值则变成具名的右值应用。

• 移动语义可以减少无谓的内存拷贝，要想实现移动语义，需要实现移动构造函数和移动赋值函数。

• std::move()将一个左值转换成一个右值，强制使用移动拷贝和赋值函数，这个函数本身并没有对这个左值什么特殊操作。

• std::forward()和universal references通用引用共同实现完美转发。

• 用empalce_back()替换push_back()增加性能。

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