C++模板编程特性之移动语义

来源：jb51　　时间：2022/8/23 16:19:16　　对本文有异议

C++的值类型

我们知道，每个变量都有类型，或整形或字符型等来进行了分类，不仅如此，C++表达式（带有操作数的操作符、字面量、变量名等）在类型的属性上，还有一种属性，即值类别(value category)。且每个表达式只属于三种基本值尖别中的一种：左值(lvalue)，右值(rvalue),将亡值(xvalue)，每个值类别都与某种引用类型对应。

其中，左值和将亡值成为泛左值（generalized value，gvalue），纯右值和将亡值合称为右值（right value，rvalue）。

一般我们讲，左值就是可以取地址的，具有名字的，比如 int a; a是变量的名字，&a是变量的地址，a就是左值。那么右值呢，自然就是不可以取地址的，比如int b=10; 而这个10就是一个右值，在内存中不会分配有地址，自然也不能取地址。

将亡值，则是指在调用某个函数退出返回时，如果函数有返回值，那么就会有将亡值的存在，为什么称之为将亡值，就是说这个值在函数作用域创建，但由于函数返回结束，局部变量都会销毁，故会产生一个将亡值来接收这个值，完成赋值的任务。

从上图也可以看出，将亡值既可能转为左值，也可能成为右值，那么关键就在于要看是否具有名字了。

下面看这样一段程序：

#include<iostream>
#include<type_traits>
using namespace std;
class MyString
{
private:
	char* str; // heap;
public:
	MyString(const char* p = nullptr) :str(nullptr)
	{
		if (p != nullptr)
		{
			int n = strlen(p) + 1;
			str = new char[n];
			strcpy_s(str, n, p);
		}
		cout << "Create MyString: " << this << endl;
	}
	MyString(const MyString& st)
	{
		if(st.str!=NULL)
		str = st.str;
		cout << "Copy Create MyString: " << this << endl;
	}
	MyString& operator=(const MyString& st)
	{
		if (st.str != NULL)
		str = st.str;
		cout << this << " operator=(const MyString &):  " << &st << endl;
		return *this;
	}
	~MyString()
	{
		delete[]str;
		str = nullptr;
		cout << "Destroy MyString : " << this << endl;
	}
	void PrintString() const
	{
		if (str != nullptr)
		{
			cout << str << endl;
		}
	}
};
int main()
{
	MyString *a=new MyString("lisa");
	MyString *b = a;
	delete b;
	a->PrintString();
	return 0;
}

MyString类型成员有指针变量，且采用浅拷贝方式。当程序运行时，可以看到，两个指针指向了同一个地址，此时，若释放了b指针，再以a指针访问指针成员，就会出现问题。

还有，当函数以值类型返回，构造临时对象，若有指针变量，且采用浅拷贝，就会出现多次析构的问题，导致程序崩溃。

当我们将程序都改为深拷贝时，深拷贝又会导致，程序多次骚扰对空间，此时就提出了move语义。

std::move

std::move其实并没有移动任何东西，它唯一的功能是将一个左值强制转化为右值引用，继而可以通过右值引用使用该值，以用于移动语义。从实现上讲，move基本等同于一个类型转换。

值得注意的是，通过move转化成右值后，被转化的左值的生命周期并没有随着左右值的转化而改变。但通常情况下，我们需要转换成右值引用的还是一个确定生命期即将结束的对象。

右值引用与移动构造和移动赋值

在c++11中增加了右值引用的概念，即对右值的引用，通过右值引用，可以延长右值的生命期。我们都知道左值引用是变量值的别名，那么右值引用则是不具名变量的别名。

右值引用是不能绑定到任何左值的，但有个例外，常量左值是一个万能引用，可以引用任何值，包括右值引用。

class MyString
{
private:
	char* str; // heap;
public:
	MyString(const char* p = nullptr) :str(nullptr)
	{
		if (p != nullptr)
		{
			int n = strlen(p) + 1;
			str = new char[n];
			strcpy_s(str, n, p);
		}
		cout << "Create MyString: " << this << endl;
	}
	MyString(const MyString& st)
	{
		if (st.str != nullptr)
		{
			int n = strlen(st.str) + 1;
			str = new char[n];
			strcpy_s(str, n, st.str);
		}
		cout << "Copy Create MyString: " << this << endl;
	}
	MyString& operator=(const MyString& st)
	{
		if (this != &st && str != st.str)
		{
			delete[]str;
			if (st.str != nullptr)
			{
				int n = strlen(st.str) + 1;
				str = new char[n];
				strcpy_s(str, n, st.str);
			}
		}
		cout << this << " operator=(const MyString &):  " << &st << endl;
		return *this;
	}
	MyString(MyString&& st)
	{
		str = st.str;
		st.str = nullptr;
		cout << "Move Copy Create MyString" << this << endl;
	}
	MyString& operator=(MyString&& st)
	{
		if (this == &st) return *this;
		if (this->str == st.str)
		{
			st.str = nullptr;
			return *this;
		}
		delete[]str;
		str = st.str;
		st.str = nullptr;
		cout << "Move operator=(MyString &&)" << endl;
		return *this;
	}
	~MyString()
	{
		delete[]str;
		str = nullptr;
		cout << "Destroy MyString : " << this << endl;
	}
	void PrintString() const
	{
		if (str != nullptr)
		{
			cout << str << endl;
		}
	}
};
int main()
{
	const MyString stra("hello");
	MyString strb;
	strb = std::move(stra);//调用普通的赋值方法
	strb.PrintString();
	return 0;
}

这里的move还是调用普通的赋值函数，并未做到真正的资源转移，但是若写成如下结构：

int main()
{
	const MyString stra("hello");
	MyString strb;
	//strb = std::move(stra);//调用普通的赋值方法
	strb = (MyString&&)stra;
	strb.PrintString();
	return 0;
}

通过右值引用，可以延长右值的生命期。从而，有了右值引用出现，这个时候配合移动构造与移动赋值，就可以完成资源转移了。

然后，我们再看一个例子：

MyString& fun()
{
	MyString st=("newdata");
	return st;//xvalue
}
int main()
{
	MyString("zhangsan").PrintString();
	const MyString& a = fun();
	a.PrintString();
	MyString& b = fun();
	b.PrintString();
	return 0;
}

在程序运行时，会发现程序崩溃了，原因是：

函数中返回局部对象的引用，因为函数调用结束会销毁局部对象，而引用则就成为了非法的访问。因为不要在函数中返回局部对象的引用。

若我们将fun()函数的返回改为右值引用呢？

MyString&& fun()
{
	return MyString("newdata");
}
int main()
{
	MyString("zhangsan").PrintString();
	const MyString& a = fun();//x
	a.PrintString();
	//MyString& b = fun();
	//b.PrintString();
	MyString&& c = fun();//x
	c.PrintString();
	MyString&& d = c;//error
	return 0;
}