C++ 右值语义相关总结

2023-07-05 01:58:03 86

在现代C++的众多特性中，右值语义(std::move和std::forward)大概是最神奇也最难懂的特性之一了。本文简要介绍了现代C++中右值语义特性的原理和使用。

1什么是左值，什么是右值?

inta=0;//a是左值，0是右值
intb=rand();//b是左值，rand()是右值

直观理解：左值在等号左边，右值在等号右边

深入理解：左值有名称，可根据左值获取其内存地址，而右值没有名称，不能根据右值获取地址。

2引用叠加规则

左值引用A&和右值引用A&&可相互叠加,叠加规则如下：

A&+A&=A&
A&+A&&=A&
A&&+A&=A&
A&&+A&&=A&&

举例说明，在模板函数voidfoo(T&&x)中：

如果T是int&类型,T&&为int&，x为左值语义
如果T是int&&类型,T&&为int&&,x为右值语义
也就是说，不管输入参数x为左值还是右值，都能传入函数foo。区别在于两种情况下，编译器推导出模板参数T的类型不一样。

3std::move

3.1What?

在C++11中引入了std::move函数，用于实现移动语义。它用于将临时变量(也有可能是左值)的内容直接移动给被赋值的左值对象。

3.2Why?

知道了std::move是干什么的，他能给我们的搬砖工作带来哪些好处呢？举例说明：

如果类X包含一个指向某资源的指针，在左值语义下，类X的复制构造函数定义如下：

X::X()
{
//申请资源(指针表示)
}

X::X(constX&other)
{
//...
//销毁资源
//克隆other中的资源
//...
}

X::~X()
{
//销毁资源
}

假设应用代码如下。其中，对象tmp被赋给a之后，便不再使用。

Xtmp;
//...经过一系列初始化...
Xa=tmp;

在上面的代码中，执行步骤:

先执行一次默认构造函数(默认构造tmp对象)
再执行一次复制构造函数(复制构造a对象)
退出作用域时执行析构函数(析构tmp和a对象)

从资源的视角来看，上述代码中共执行了2次资源申请和3次资源释放。

那么问题来了，既然对象tmp只是一个临时对象，在执行Xa=tmp;时，对象a能否将tmp的资源'偷'过来，直接为我所用，而不影响原来的功能？答案是可以。

X::X(constX&other)
{
//使用std::swap交换this和other的资源
}

通过'偷'对象tmp的资源，减少了资源申请和释放的开销。而std::swap交换指针代价极小，可忽略不计。

3.3How?

到现在为止，我们明白了std::move将要达到的效果，那么它究竟是怎么实现的呢？

template
typenameremove_reference::type&&
std::move(T&&a)noexcept
{
typedeftypenameremove_reference::type&&RvalRef;
returnstatic_cast(a);
}

不管输入参数为左值还是右值，都被remove_reference去掉其引用属性，RvalRef为右值类型，最终返回类型为右值引用。

3.4Example

在实际使用中，一般将临时变量作为std::move的输入参数，并将返回值传入接受右值类型的函数中，方便其'偷取'临时变量中的资源。需要注意的是，临时变量被'偷'了之后，便不能对其进行读写，否则会产生未定义行为。

#include
#include
#include
#include

voidfoo(conststd::string&n)
{
std::cout<<"lvalue"<a={"hello","world"};
std::vectorb;

b.push_back("hello");//开销：string复制构造
b.push_back(std::move(a[1]));//开销：string移动构造(将临时变量a[1]中的指针偷过来)

std::cout<<"bsize:"<
4std::forward


4.1What?


std::forward用于实现完美转发。那么什么是完美转发呢？完美转发实现了参数在传递过程中保持其值属性的功能，即若是左值，则传递之后仍然是左值，若是右值，则传递之后仍然是右值。
简单来说，std::move用于将左值或右值对象强转成右值语义，而std::forward用于保持左值对象的左值语义和右值对象的右值语义。
4.2Why?
#include
#include

voidbar(constint&x)
{
std::cout<<"lvalue"<
voidfoo(T&&x)
{
bar(x);
}

intmain()
{
intx=10;
foo(x);//输出：lvalue
foo(10);//输出：lvalue
return0;
}
执行以上代码会发现，foo(x)和foo(10)都会输出lvalue。foo(x)输出lvalue可以理解，因为x是左值嘛，但是10是右值，为啥foo(10)也输出lvalue呢？
这是因为10只是作为函数foo的右值参数，但是在foo内部，10被带入了形参x，而x是一个有名字的变量，即右值，因此foo中bar(x)还是输出lvalue。
那么问题来了，如果我们想在foo函数内部保持x的右值语义，该怎么做呢？std::forward便派上了用场。
只需改写foo函数：
template
voidfoo(T&&x)
{
bar(std::forward(x));
}
4.3How?


std::forward听起来有点神奇，那么它到底是如何实现的呢？
template
shared_ptrfactory(Arg&&arg)
{
returnshared_ptr(newT(std::forward(arg)));
}
template
S&&forward(typenameremove_reference::type&a)noexcept
{
returnstatic_cast(a);
}

Xx;
factory(x);

如果factory的输入参数是一个左值，那么Arg=X&，根据叠加规则，std::forward=X&。因此，在这种情况下，std::forward(arg)仍然是左值。
相反，如果factory输入参数是一个右值，那么Arg=X，std::forward=X。这种情况下，std::forward(arg)是一个右值。
恰好达到了保留左值or右值语义的效果！
4.4Example


直接上代码。如果前面都懂了，相信这段代码的输出结果也能猜个八九不离十了。
#include
#include

voidoverloaded(constint&x)
{
std::cout<<"[lvalue]"<voidfn(T&&x)
{
overloaded(x);
overloaded(std::forward(x));
}

intmain()
{
inti=10;
overloaded(std::forward(i));
overloaded(std::forward(i));
overloaded(std::forward(i));

fn(i);
fn(std::move(i));

return0;
}
以上就是C++右值语义相关总结的详细内容，更多关于C++右值语义的资料请关注毛票票其它相关文章！
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1什么是左值，什么是右值?

2引用叠加规则

3std::move

3.1What?

3.2Why?

3.3How?

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4std::forward

4.1What?

4.2Why?

4.3How?

4.4Example

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