c++ 移动语义及使用(续)

Posted 2021-04-03 0号程序员

接上文～

5 如果使用移动语义

前边我们讲了好多为什么使用移动语义，以及一些使用的例子，这里我们再具体展开说下。讲之前我还是要啰嗦下移动引用和move，右值引用的重要目的就是用来实现移动语义，move方法的目的是将左值强制转为右值，正好方便应用移动语义。 
所以可以简单的生成一下方法论，如果我们打算移动一个资源到另一个变量时，如果原有资源是是右值，我们可以直接使用右值引用接收即可，但是如果原有资源是左值，我们可能就需要用到move转换成右值。我们再从例子中深化下：

5.1 一些会搞错的点

我们明确一点，调用函数接收返回值时，c++11之前通过拷贝到接收对象，c++11之后通过移动到接收对象

Obj getObj(int v) {
  if (v < 1) {
    return Obj();
  }
  else {
    Obj o;
    o.ptr_[0] = 10;
    return o;
  }
}

Obj o1 = getObj();

还是这个例子，我们学完了移动语义，来看下，提三个问题

1. 函数声明Obj要不要做下改动，Obj&& getObj(int)，或者const Obj& getObj(int)，再或者Obj& getObj(int)
2. else的那个分支要不要用move，即return std::move(o);
3. 调用getObj时，要不要Obj&& o = getObj()，或者const Obj& o = getObj()，再或者Obj& o = getObj();

是不是看完有点懵，是不是感觉自己好像没学过呢，哈哈。看到这里，大家可以直接写代码试试看，解答三个问题之前，先要明确的两点：

Obj o1;
Obj&& o2 = getObj();  // 1
Obj o3 = std::move(o1);    // 2

看上边代码，仅对这个“=”操作来说，1会不会执行移动构造函数，不会对吧，因为o2是getObj的引用，相同指向，不涉及新对象创建。我们可以类比左值引用。2会不会执行移动构造函数，会的，因为o3是一个新的需要创建的对象，这一点很对同学会搞懵掉，需要注意。

然后我们来解答问题：

• 首先看第一个：a).如果返回值是Obj&，if分支编译不过，因为左值引用不能指向右值, 即使编译过也千万注意，返回的对象不是栈上的，因为函数执行完后会释放掉，接收这块资源的对象指向地址是无效的，当然你如果返回的不是栈上的变量倒是可以，生命周期一直存在的。b).如果是Obj&&，else分支编译不过，不过o可以使用move转成右值。不过同样是返回栈上的对象，接收的时候也会被释放掉 c).同a。所以abc三种写法一般情况下不会这么写，除非声明周期一直存在，而不是返回栈上变量。
• 然后看第二个，返回值我们要不要用move, 答案是没必要，使用std::move对于移动行为没有帮助，有时反而会影响返回值优化。

Obj getObj(int v) {
    Obj o;
    o.ptr_[0] = 10;
    return std::move(o);
}

Obj oo = getObj(1);

我们看这个例子，各个函数执行情况是：

我们把return std::move(o);改成return o;结果是这样的：

结果我写了move反而会影响效率，真是头疼。哈哈~

• 继续看第三个，Obj& o = getObj()这个语法错误，或者const Obj& o = getObj()和Obj&& o = getObj()这两个对效率来讲少一次移动，这样写针对返回的prvalue来说是延长了生命周期，和接收对象保持一样的生命周期。有时候编译器也会做优化即使不这么写也没有移动，不过这样写确实效率还是提高了。

5.2 我们怎样使用移动语义

1. 我们上边的那个例子其实就是，因为我们要返回临时对象, 如果这个对象是stl的，因为几乎所有stl的类都有移动构造函数，但是如果是我们自定义的类，我们就需要加一个移动构造函数了。
2. 参数使用右值引用使用移动语义，但是一般我们需要写重载函数也要来接收左值的。比如说我们上边的那个push_back函数。还有一些我们使用stl或者其他库，我们也尽量使用那个右值引用参数那个函数，这样如果我们是个左值，就需要用到move了。
3. 还有就是用右值引用接收函数返回值。

我目前能想到大概也是这样几种场景，欢迎大家补充

5.3 自己写一个可以移动的类

我们上边也说了如果要一个类可以移动，那么我们要实现他的移动构造函数，但是还是有一些注意点。C++中五种特殊的称为拷贝控制成员的成员函数来控制对象拷贝，移动，赋值和销毁。分别是拷贝构造函数，拷贝赋值符，移动构造函数，移动赋值符和析构函数。以及比较著名的三五法则，大家也可以去看下，这里不是我们的重点，我们这里只讨论和移动相关的。

1. 如果我们拷贝控制成员函数 均不写，编译器为我们实现默认版本。
2. 如果我们有析构函数或者拷贝构造函数或者拷贝赋值符，那么编译器不会为我们生成移动构造函数及移动赋值符。（只有没有定义任何一个拷贝控制成员且成员可以移动，编译器才会生成默认移动构造函数和移动赋值符）

class Obj {
public:
  Obj() : ptr_(new int[10]{0}) {
    std::cout << "Obj()" << std::endl;
  }
  ~Obj() {
    std::cout << "~Obj()" << std::endl;
    if (ptr_ != nullptr) {
        delete []ptr_;
    }
  }

  int* ptr_;
};

如果只是这么写，那么在Obj o = getObj(10);函数执行析构时会报错。因为如果没有移动构造函数，在执行getObj时会使用拷贝构造函数，而默认的拷贝构造函数是一个浅拷贝，对象析构时两个对象的指针指向相同资源，被析构两次执行报错。

3. 如果写了移动构造函数或者移动赋值符，编译器也不会生成拷贝构造函数，拷贝赋值符及析构函数。

所以给予这些原则，我们一般来说，拷贝控制成员看成一个整体，写一个就得写全部，不过也不是必须的，但是你的头脑里也要过一下这些原则。

• 比如说你只进行拷贝操作或者拷贝和移动实现基本一致，那可以只写拷贝相关的。
• 或者说你只写拷贝构造函数和移动构造函数，而不想写=操作符，这样也就不会去用赋值操作嘛

等等一些情况吧 
我们这里来看一个完整的例子，还是以obj为例：

class Obj {
public:
  Obj() : ptr_(new int[10]{0}) {}
  
  ~Obj() {
    if (ptr_ != nullptr) {
        delete []ptr_;
    }
  }

  Obj(const Obj& o1) {
    ptr_ = new int[10]{0};
    for (int i= 0; i < 10; ++i) {
        ptr_[i] = o1.ptr_[i];
    }
  }

  Obj(Obj&& o1) noexcept {
    ptr_ = o1.ptr_;
    o1.ptr_ = nullptr;
  }

  Obj& operator=(Obj o) noexcept {
    o.swap(*this);
    return *this;
  }

  void swap(Obj& o) noexcept {
    using std::swap;
    swap(ptr_, o.ptr_);
  }

  int* ptr_;
};

void swap(Obj& lhs, Obj& rhs) noexcept
{
  lhs.swap(rhs);
}

我们看下那些地方有改动，首先移动构造函数多了一个noexcept表示不抛出异常，这里是告诉编译器这个函数不会抛出异常，大家写移动构造函数最好也不要抛出异常，因为本来只是一个资源的转移，实在是没有理由抛出异常。然后我们只写了一个“=”运算符，也不抛出异常，使用swap可以做到，一个成员函数swap用来自己使用，一个全局swap函数，用来给其他拥有这个Obj对象的类的赋值时使用。

引用

1. 深入应用c++11
2. c++ primer
3. C++0x漫谈》系列之：右值引用
4. https://github.com/adah1972/geek_time_cpp