c++ - move 构造函数和 move 赋值运算符与复制省略

Question

相关问题:

• Why this move constructor is not called wtih rvalue temporary? [duplicate]
• Move Constructor vs Copy Elision. Which one gets called?
• move Constructor is not called

我发布这个问题是因为 move 语义这个东西真的让我感到困惑。起初它们对我来说似乎很清楚，但当我试图向自己演示它们的用法时，我意识到也许我误解了什么。

我已经尝试将以下文件安排为一个使用 move 语义的类 vector 类的不那么简单的实现(实际上还有一个 main 函数，以及一个自由函数来使打印到屏幕更容易，...)。这并不是一个真正的最小工作示例，但它在屏幕上产生的输出是合理可读的，恕我直言。

不过，如果您认为最好将它瘦下来，请建议我该怎么做。

无论如何，代码如下，

#include<iostream>
using namespace std;

int counter = 0; // to keep count of the created objects

class X {
  private:
    int id = 0; // hopefully unique identifyier
    int n = 0;
    int * p;
  public:
    // special member functions (ctor, dtor, ...)
    X()           : id(counter++), n(0),   p(NULL)       { cout << "default ctor (id " << id << ")\n"; }
    X(int n)      : id(counter++), n(n),   p(new int[n]) { cout << "param ctor (id " << id << ")\n"; };
    X(const X& x) : id(counter++), n(x.n), p(new int[n]) {
      cout << "copy ctor (id " << id << ") (allocating and copying " << n << " ints)\n";
      for (int i = 0; i < n; ++i) {
        p[i] = x.p[i];
      }
    };
    X(X&& x)      : id(counter++), n(x.n), p(x.p) {
      cout << "move ctor (id " << id << ")\n";
      x.p = NULL;
      x.n = 0;
    };
    X& operator=(const X& x) {
      cout << "copy assignment (";
      if (n < x.size() && n > 0) {
        cout << "deleting, ";
        delete [] p;
        n = 0;
      }
      if (n == 0) {
        cout << "allocating, and ";
        p = new int[n];
      }
      n = x.size();
      cout << "copying " << n << " values)";
      for (int i = 0; i < n; ++i) {
        p[i] = x.p[i];
      }
      cout << endl;
      return *this;
    };
    X& operator=(X&& x) {
      this->n = x.n;
      this->p = x.p;
      x.p = NULL;
      x.n = 0;
      cout << "move assignment (\"moving\" " << this->n << " values)\n";
      return *this;
    };
    ~X() {
      cout << "dtor on id " << id << " (array of size " << n << ": " << *this << ")\n";
      delete [] p;
      n = 0;
    }
    // getters/setters
    int size() const { return n; }

    // operators
    int& operator[](int i) const { return p[i]; };
    X operator+(const X& x2) const {
      cout << "operator+\n";
      int n = min(x2.size(), this->size());
      X t(n);
      for (int i = 0; i < n; ++i) {
        t.p[i] = this->p[i] + x2.p[i];
      }
      return t;
    };

    // friend function to slim down the cout lines
    friend ostream& operator<<(ostream&, const X&);
};

int main() {
    X x0;
  X x1(5);
  X x2(5);
  x1[2] = 3;
  x2[3] = 4;
  cout << "\nx0 = x1 + x2;\n";
  x0 = x1 + x2;
  cout << "\nX x4(x1 + x2);\n";
  X x4(x1 + x2);
  cout << x4 << endl;
  cout << '\n';
}

// function to slim down the cout lines
ostream& operator<<(ostream& os, const X& x) {
  os << '[';
  for (int i = 0; i < x.size() - 1; ++i) {
    os << x.p[i] << ',';
  }
  if (x.size() > 0) {
    os << x.p[x.size() - 1];
  }
  return os << ']';
}

当我编译并运行它时

$ clear && g++ moves.cpp && ./a.out

输出如下(# - 手动添加注释)

default ctor (id 0)
param ctor (id 1)
param ctor (id 2)

x0 = x1 + x2;
operator+
param ctor (id 3)
move assignment ("moving" 5 values)
dtor on id 3 (array of size 0: [])

X x4(x1 + x2);
operator+
param ctor (id 4)
[0,0,3,4,0]

dtor on id 4 (array of size 5: [0,0,3,4,0])
dtor on id 2 (array of size 5: [0,0,0,4,0])
dtor on id 1 (array of size 5: [0,0,3,0,0])
dtor on id 0 (array of size 5: [0,0,3,4,0])

从输出的第一部分来看，我想我确实展示了 move 赋值运算符的预期用途。在这方面我是对的吗？ (从下一个输出来看，我似乎不是，但我不确定。)

在这一点上，如果我关于复制省略阻止了对复制构造器的调用的推论是正确的，那么一个问题对我来说很自然 (and not only me, see OP's comment here):

基于另一个临时对象(例如 x4 基于 x1 + x2 中的 X x4(x1 + x2); 的结果)创建对象的情况不正是将语义 move 到应该引入的地方？如果不是，展示 move 构造器用法的基本示例是什么？

然后我读到可以通过添加适当的选项来防止复制省略。

输出

clear && g++ -fno-elide-constructors moves.cpp && ./a.out 

但是，是下面的:

default ctor (id 0)
param ctor (id 1)
param ctor (id 2)

x0 = x1 + x2;
operator+
param ctor (id 3)
move ctor (id 4)
dtor on id 3 (array of size 0: [])
move assignment ("moving" 5 values)
dtor on id 4 (array of size 0: [])

X x4(x1 + x2);
operator+
param ctor (id 5)
move ctor (id 6)
dtor on id 5 (array of size 0: [])
move ctor (id 7)
dtor on id 6 (array of size 0: [])
[0,0,3,4,0]

dtor on id 7 (array of size 5: [0,0,3,4,0])
dtor on id 2 (array of size 5: [0,0,0,4,0])
dtor on id 1 (array of size 5: [0,0,3,0,0])
dtor on id 0 (array of size 5: [0,0,3,4,0])
+enrico:CSGuild$ 

看起来我期望的对 move 构造函数的调用现在就在那里，但是那个调用和对 move 赋值的调用之前分别有另一个对 move 构造函数的调用。

为什么会这样？我是否完全误解了 move 语义的含义？

Answer 1

您在这里似乎有两个问题:

• 为什么不为 X x4(x1 + x2) 调用 move 构造函数？
• 为什么在禁用复制省略时， move 构造函数会被调用两次？

第一个问题

Isn't that situation (X x4(x1 + x2);) exactly the one for which move semantics where supposed to be introduced?

嗯，不。为了使用 move 语义，您有效地建议我们应该选择在 operator+ 中构造一个 X，然后 move 它到结果 x4，这与在 operator+ 。

第二个问题

禁用复制省略后，为什么我们在 X x4(x1 + x2) 期间看到对 move 构造函数的两次调用？考虑到这里有三个作用域:

1. operator+ 作用域，我们在其中构造一个X 并返回它；
2. 我们调用 X x4(x1 + x2) 的 main 作用域；
3. X 构造函数，我们从 x1 + x2 构造一个 X；

然后，在没有省略的情况下，编译器是:

• 将结果从 operator+ move 到 main(进入 x1 + x2)；和
• 将 x1 + x2 的内容 move 到 x4。