详解C++11中的右值引用与移动语义

2020-01-06 16:47:32于丽

C++11的一个最主要的特性就是可以移动而非拷贝对象的能力。很多情况都会发生对象的拷贝,有时对象拷贝后就立即销毁,在这些情况下,移动而非拷贝对象会大幅度提升性能。

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右值与右值引用

为了支持移动操作,新标准引入了一种新的引用类型——右值引用,就是必须绑定到右值的引用。我们通过&&而不是&来获得右值引用。右值引用一个重要的特性就是只能绑定到将要销毁的对象。

左值和右值是表达式的属性,一些表达式生成或要求左值,而另一些则生成或要求右值。一般而言,一个左值表达式表示的是一个对象的身份,而右值表达式表示的是对象的值。(可以取地址的、有名字的就是左值;不能取地址的、没有名字的就是右值。)两者明显的区别就是左值有持久的状态,而右值要么是字面常量,要么是在表达式求值过程中创建的临时对象。

类似于常规引用(左值引用),一个右值引用也不过是某个对象的另一个名字而已。我们不能将左值引用绑定到要求转换的表达式、字面常量或是返回值的表达式,也不能把右值应用直接绑定到一个左值上。但是,常量左值引用可以绑定到非常量左值、常量左值、右值,是一个万能引用类型。不过相比右值引用所引用的右值,常量左值引用所引用的右值在它的“余生”中只能是只读的。


int i = 42;
int &r = i;     //r引用i
int &r2 = i*2;    //错误,i*2是一个右值
int &&rr = i;    //错误,不能将一个右值引用绑定到一个左值上
int &&rr2 = i*2;   //正确,将rr2绑定到一个乘法结果上
const int &r3 = i*2; //正确,将一个常量引用绑定到一个右值上

变量可以看做只有一个运算对象而没有运算符的表达式,是一个左值。我们不能将一个右值引用直接绑定到一个变量上,即使这个变量是右值引用类型。但是,我们可以通过新标准库中的move函数来获得绑定到左值上的右值引用。


int &&rr3 = std::move(rr2);

注意,被转化的左值,其生命周期并没有随着左右至的转化而改变,在转换之后使用左值可能造成运行时错误。因此,调用move就意味着承诺:除了对原左值变量赋值或销毁它外,我们将不再使用它。不过更多的时候,我们需要转换成右值引用的还是一个确实生命周期即将结束的对象。

移动构造函数和移动赋值运算符

为了让自定义类型也支持移动操作,需要为其定义移动构造函数和移动赋值运算符。这两个成员类似对应的拷贝操作,但它们从给定对象窃取资源而不是拷贝资源。类似于拷贝构造函数,移动构造函数的第一个参数是该类类型的一个右值引用,任何额外的参数都必须有默认实参。除了完成资源移动外,移动构造函数还必须确保移后源对象处于有效的、可析构的状态。