C++11 引入了 std::move 语义、右值引用、移动构造和完美转发这些特性。由于这部分篇幅比较长,分为3篇来进行阐述。
在了解这些特性之前,我们先来引入一些问题。
一、问题导入
- 函数返回值是传值的时候发生几次对象构造、几次拷贝? 函数的形参是值传递的时候发生几次对象构造?
让我们先来看一段代码,
// 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++ 编译;注意使用 -fno-elide-constructors关闭省略构造优化
g++ main.cpp -fno-elide-constructors
可以得到以下输出
class A construct!
class A destruct!
class A copy!
class A destruct!
class A destruct!
可以看到A a=get_A_value(); 一行代码居然产生1次对象构造和2次对象的拷贝构造!具体为
在 get_A_value() 里 A() 构造了临时对象,发生了一次构造; 函数返回的时候会把临时对象拷贝后作为返回值,发生一次拷贝; A a = 函数返回值发生了拷贝构造。如果使用编译器优化(默认), 则会把临时对象拷贝的那次 和 用返回值构造最终对象的拷贝的给省略了;也即,只有一次拷贝和析构。
class A construct!
class A destruct!
如果把上面代码改一下
// ... A void pass_A_by_value(A a){ } int main(){ A a; pass_A_by_value(a); return 0; }
在去掉优化 g++ main.cpp -fno-elide-constructors时输出为
class A construct!
class A copy!
class A destruct!
class A destruct!
1次构造加上1次拷贝。
因此,下次如果面试的时候有人问这个问题,你就可以说:默认情况下经过编译器优化后临时对象的拷贝就会被省去,如果使用 -fno-elide-constructors 省略优化,则还要考虑临时对象的拷贝。
事实上,在未经优化的情况下,以下时候拷贝构造函数会被调用:
- 函数内的局部对象做为返回值返回(不是引用)的时候会发生拷贝(拷贝为临时对象返回) 函数形参为传值的时候,会发生拷贝构造 一个对象以另外一个对象进行初始化的时候
对象的频繁构造是程序的开销,特别是当对象内部有堆上内存(比如有 new 出来的成员)的时候,每次拷贝构造的时候都需要用 new 申请一块内存,造成性能的降低。对于情况2,好习惯是如果函数参数是只读的(也即不会在程序内进行修改),传引用作为参数,也即 pass_A_by_refrence(const A &a); 对于情况1,编译器会为我们进行优化; 对于情况3,C++11 引入了一种移动构造函数的概念,它将获取**右值引用*,右值的“资源” move 到新对象中,这个过程中不会申请新的内存,从而达到提高了效率和性能。
所以,要理解些关键词 “移动构造”、“移动语义” ,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、问题导入 里我们提到了临时对象,也即函数返回值的时候只会“临时”存在的对象(运行超过那一行就会结束它的生存期),这个临时返回值就是一个右值;
右值的最直观的定义为,顾名思义:
位于赋值运算符 = 右边的值,为右值;在左边的则为左值
如
A a = foo(); // foo() 为右值 char *x = "thu"; // “thu”为字面值也为右值 a = b + c; // b + c这个结果也是一个右值
在C++中,还有个定义为:
左值可以取得地址、有名字; 不可以取得地址、没有名字的为右值。
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())无法通过编译, foo()返回的临时对象也是没有名字的,所以是右值。
在C++11中,右值包括两种,一中是将亡值(xvalue, eXpiring Value),一种是纯右值(prvalue,Pure Rvalue)[1]。函数非引用返回的临时对象、运算表达式的结果、1, 3.14,'c'这样的字面值等都属于纯右值。而xvalue则是由 C++11引入的 如返回值为 A&& 的函数返回值或者std::move()的返回值等。
不深究的话,我们只需要知道左值和右值的区别就行了。对于右值的详细分类则不必深究。
2.2 左值引用和右值引用
左值引用就是一般的引用,一般用一个&表示,例如
const A &a_ref = a; // 取得对象 a 的引用
左值引用相当于别名,指向一个具体的对象。
右值引用
右值引用顾名思义,就是右值的引用, 用 &&表示;
A &&r_ref = getRvalue(); // r_ref 是一个右值引用
右值引用也相当于别名,与左值的区别为右值引用是无名变量的别名。
getRvalue() 是一个返回右值的函数,右值在这一句执行完就该结束他的生存期了,如果是对象就该调用析构函数了;但是==右值引用让它强行续命==;使用右值引用指向右值,右值的生存期和右值引用一样长了,这也就少一次对象的析构和构造了。
C++的右值引用主要有两个用处,一个是移动语义,一个是完美转发。这个将在接下来的两篇来讲。
为了导入右值和移动语义,首先复习了以下临时对象在函数返回值和传参数时构造了几次;然后对比介绍了左值和右值,以及右值引用的形式和含义。为移动语义和完美转发的介绍做铺垫。
参考资料
Michale Wang| IBM XL 编译器中国 《深入理解C++11》, 机械工业出版社
以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持。