5分钟搞懂C++左值引用和右值引用！

Posted 2021-04-03 Java开发进阶

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作者丨写代码的牛顿

来源丨写代码的牛顿

“在学习C++的过程中会遇到很多难以理解的概念，今天我们就聊一聊C++中的左值引用和右值引用。”

在学习C++的过程中会遇到很多难以理解的概念，今天我们就聊一聊C++中的左值引用和右值引用。在C++11以前还没有左值引用和右值引用的概念，只有引用的概念。右值引用是由C++11引入的，为了方便和右值引用区分，我们把C++11以前的常规引用称为左值引用。

01

—

什么是左值引用和右值引用

int i = 42; //i是左值，可以对i取地址
int &r = i; //r是左值引用，绑定左值i

int &&rr = i; //错误！i是左值，不能绑定到右值引用rr
int &&rr3 = rr; //错误！！！！rr是一个右值引用类型的变量，是一个左值。

int &r2 = rr; //正确，rr是右值引用类型变量，变量都是左值。
int &r3 = r; //正确，r是左值引用类型变量，变量都是左值。

接下来我们看一下表达式，产生临时变量或字面常量的表达式都是右值，反之则是左值。我们依旧拿代码作为示例。

int &&rr_result = Add(1, 2); //不能对表达式取地址，所以表达式结果是一个右值，可以绑定到右值引用
int &&rr2 = i * 42; //不能对表达值取地址，所以表达式结果是右值，可以绑定到右值引用
int &&rr1 = 42; //不能对字面常量取地址，所以字面常量是右值，可以绑定到右值引用

Add函数产生一个临时变量，所以是右值。i * 42产生一个临时变量，是右值。42则是字面常量，所以也是右值。

int result = 0;
int *ptr = &(result = i * 12); //正确，可以对result取地址
int& r3 = (result = i * 12); //正确，表达式的结果存储在变量result中，可以对表达式取地址

const int &r2 = i * 42; //不能对表达值取地址，所以表达式结果是右值，可以绑定到const左值引用

i * 42是一个右值，但是const左值引用类型可以绑定到右值上。

02

—

拷贝和移动的区别

C++有拷贝构造函数和移动构造函数，拷贝赋值运算符和移动赋值运算符。移动和拷贝两者最大的区别是：拷贝会产生新的内存，而移动不会。通过拷贝获得的对象状态改变，不会影响到源对象，而通过移动获得的对象状态改变，会影响到源对象，而且被移动的源对象失去所有资源的控制权！拷贝会增加内存申请和数据复制的开销，而移动不会。

要实现移动语义，就必须要有：移动构造函数和移动赋值运算符

下面我们举个例子来学习一下拷贝和移动的区别。

class Object{
private:
    enum{
        NAME_LEN = 50,
    };

public:
    Object(): Name(new char[NAME_LEN]){}
    Object(const char *NameStr);
    ~Object();
    Object(const Object& B);    //拷贝构造函数
    Object& operator=(const Object& B);   //拷贝赋值运算符
    Object(Object&& B);    //移动构造函数
    Object& operator=(Object&& B);    //移动赋值运算符

    void Print();
    bool NameIsEmpty();

private:
    char *Name;
};

我们新建一个Object类，有char*类型Name成员变量，我们在构造函数中申请内存，并拷贝传入的字符串，在析构函数中释放内存。之所以这么做，主要是为了突出拷贝和移动的区别。
拷贝构造函数和拷贝赋值运算符源码实现：

Object::Object(const Object& B)
{
    if(this == &B){
        return;
    }    
    Name = new char[NAME_LEN];
    memcpy(Name, B.Name, strlen(B.Name));

    std::cout << "Object copy constructor" << std::endl;
}

Object& Object::operator=(const Object& B)
{
    if(this == &B){
        return *this;
    }
        memset(Name, 0, NAME_LEN);
    memcpy(Name, B.Name, strlen(B.Name));

    std::cout << "Object copy assignment" << std::endl;

    return *this;
}

移动构造函数和移动赋值运算符源码的实现：

Object::Object(Object&& B)
{
    //防止自我移动
    if(this == &B){
        return;
    }
    
    Name = B.Name;
    B.Name = nullptr;

    std::cout << "Object move constructor" << std::endl;
}

Object& Object::operator=(Object&& B)
{
    //防止自我移动赋值
    if(this == &B){
        return *this;
    }

    if(!Name){
        delete[] Name;
    }

    Name = B.Name;
    B.Name = nullptr;
    std::cout << "Object move assignment" << std::endl;
    return *this;
}

实现了移动构造函数和移动赋值运算符，那么就可以使用std::move()标准库函数将左值变为右值，并调用他们。我们用代码示例来具体看一下如何使用std::move()库函数，并调用我们实现的移动构造函数和移动赋值运算符。

Object B1("Tangmeimei");
Object B2(B1); //调用拷贝构造函数
B2 = B1;

B1.Print();
B2.Print();

Object B4(std::move(B2));
if(B2.NameIsEmpty()){
    std::cout << "B2 Object name is empty" << std::endl;
}
B4.Print();

Object B3;
B3 = std::move(B1);
if(B1.NameIsEmpty()){
    std::cout << "B1 Object name is empty" << std::endl;
}
B3.Print();

03

—

运行结果和总结

下面我们实际运行一下，看一下效果。

从运行结果我们可以看出，调用拷贝构造函数和拷贝赋值运算符最多会经历一次内存释放，一次内存申请和一次数据拷贝。而调用移动构造函数和移动赋值运算符最多会经历一次内存释放。因此数据的移动远比数据的拷贝性能高，且移动会使得源对象失去资源的所有权。

  
    
    
  

   
     
     
   
 
    
 
     
 
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