C11性能之道：转移和转发

Posted 2020-10-11 渔舟唱晚

1、move

　　C++11中可以将左值强制转换为右值，从而避免对象的拷贝来提升性能。move将对象的状态或者所有权从一个对象转移到另一个对象，没有内存拷贝。深拷贝和move的区别如图：

　　从图可以看出，深拷贝会有两份内存，而move只有一份，move只是将内存的所有者切换为目标对象，并没有移动任何东西，只是强制将左值转换为右值。

　　在C++11之前的拷贝构造函数和赋值函数要有如下定义：

//赋值函数
T &T::operator=(const T& rhs)
{
    //销毁内部资源
    //复制rhs资源到自身
}

//拷贝函数
A foo(); //假如foo是返回一个A类型的函数

A a;
a = foo();

　　a = foo()将有如下动作：

1. 销毁a的资源；
2. 赋值foo返回的临时对象的资源；
3. 销毁临时对象，释放其资源。

　　其实可以优化的是，将a和临时对象的资源指针做交换，让临时对象去销毁a原来拥有的资源，a拥有临时对象的资源指针。那么赋值操作函数就该这么写：

T &T::operator=(const T& rhs)
{
    //转移资源的控制权，无需复制
}

　　假如一个临时容器很大，要赋值给另一个容器：

//常规
std::list<std::string> tokens; //很大容量
std::list<std::string> ret = tokens;

//move
std::list<std::string> tokens; //很大容量
std::list<std::string> ret = std::move(tokens);

　　如果不用move，拷贝的代价很大，性能较低，使用move几乎没有代价，只转换了资源的所有权，实际上将左值变成右值引用。move对于拥有内存、文件句柄等资源的对象有效，但是对于int、char等类型仍然会产生拷贝。当然，当一个左值被move之后，不再对之前的内存有控制权，会被置为一个空对象。

#include <iostream>

using namespace std;

int main()
{
    string s = "hello";
    cout << "before:" << s << endl;
    
    string s2 = move(s);
    cout << "after:" << s << endl;
    cout << "s2:" << s2 << endl;
    
    return 0;
}

//运行结果
before:hello
after:
s2:hello

2、forward完美转发

　　之前的文章有提到过，当一个右值经过函数内部的转发会将其类型变成一个左值，并不是他原来的类型。

foo(int && i)
{
    foo2(i);
}

foo(5);  //5在此时是右值，在foo2调用的时候就是左值了

　　那么我们该怎么优化，使参数按照原来的类型来转发呢？C++11提供了std::forward，将参数传递给函数中调用的另一个函数，按照参数本来的类型转发。

　　具体用法如下：

#include <iostream>
#include <utility>

using namespace std;

void PrintValue(int &i)
{
    cout << "Lvalue:" << i << endl;
}

void PrintValue(int &&i)
{
    cout << "Rvalue:" <<  i << endl;
}

void Forward(int &&i)
{
    cout << "no forward:";
    PrintValue(i);                     //未经转发会变成左值
    
    cout << "forward:";
    PrintValue(std::forward<int>(i)); //转发
}

int main()
{
    int i = 1;
    
    cout << "param Rvalue:" << endl;
    Forward(2);
    
    //cout << "param Lvalue:" << endl;
    //Forward(i);              //不能传入左值
    
    cout << "move Lvalue:" << endl;
    Forward(move(i));

    return 0;
}