c++ - 什么是 move 语义？

Question

我刚刚听完有关podcast interview with Scott Meyers的软件工程广播C++0x。大多数新功能对我来说都是有意义的，除了一个功能，我现在对C ++ 0x感到非常兴奋。我仍然没有移动语义...这到底是什么？

Answer 1

我发现用示例代码理解移动语义最简单。让我们从一个非常简单的字符串类开始，该类仅持有指向堆分配的内存块的指针：

#include <cstring>
#include <algorithm>

class string
{
    char* data;

public:

    string(const char* p)
    {
        size_t size = std::strlen(p) + 1;
        data = new char[size];
        std::memcpy(data, p, size);
    }

由于我们选择自己管理内存，因此需要遵循 rule of three。我将推迟编写赋值运算符，现在仅实现析构函数和复制构造函数：

    ~string()
    {
        delete[] data;
    }

    string(const string& that)
    {
        size_t size = std::strlen(that.data) + 1;
        data = new char[size];
        std::memcpy(data, that.data, size);
    }

复制构造函数定义复制字符串对象的含义。参数 const string& that绑定到string类型的所有表达式，使您可以在以下示例中进行复制：

string a(x);                                    // Line 1
string b(x + y);                                // Line 2
string c(some_function_returning_a_string());   // Line 3

现在是对移动语义的关键了解。请注意，仅在复制 x的第一行中才真正需要此深层复制，因为我们可能想稍后再检查 x，如果 x有所更改，将感到非常惊讶。您是否注意到我只是说了三遍 x（如果包括此句子，则四遍），每次都表示完全相同的对象吗？我们将诸如 x的表达式称为“左值”。

第2行和第3行中的参数不是左值，而是右值，因为基础字符串对象没有名称，因此客户端无法在以后的时间再次检查它们。
rvalues表示在下一个分号处销毁的临时对象（更精确地说：在词法上包含rvalue的完整表达式的末尾）。这很重要，因为在 b和 c初始化期间，我们可以对源字符串做我们想做的任何事情，而客户端无法分辨！

C ++ 0x引入了一种称为“右值引用”的新机制，其中包括：
允许我们通过函数重载来检测右值参数。我们要做的就是编写一个带有右值引用参数的构造函数。在该构造函数中，我们可以对源执行任何操作，只要将其保持在某个有效状态即可：

    string(string&& that)   // string&& is an rvalue reference to a string
    {
        data = that.data;
        that.data = nullptr;
    }

我们在这里做了什么？我们没有深度复制堆数据，而是只复制了指针，然后将原始指针设置为null（以防止源对象的析构函数中的'delete []'释放我们的“被盗数据”）。实际上，我们已经“窃取”了最初属于源字符串的数据。同样，关键的见解是，在任何情况下客户都无法检测到源已被修改。由于我们实际上并未在此处进行复制，因此我们将此构造函数称为“移动构造函数”。它的工作是将资源从一个对象移动到另一个对象，而不是复制它们。

恭喜，您现在已经了解了移动语义的基础！让我们继续实现赋值运算符。如果您不熟悉 copy and swap idiom，请学习并返回，因为它是与异常安全性相关的很棒的C ++习惯用法。

    string& operator=(string that)
    {
        std::swap(data, that.data);
        return *this;
    }
};

恩，就是这样吗？ “右值参考在哪里？”你可能会问。 “我们在这里不需要它！”是我的答案:)

请注意，我们按值传递参数 that，因此 that必须像其他任何字符串对象一样进行初始化。究竟 that将如何初始化？在 C++98的较早时期，答案应该是“通过复制构造函数”。在C ++ 0x中，编译器根据赋值运算符的参数是左值还是右值，在复制构造函数和move构造函数之间进行选择。

因此，如果您说 a = b，则副本构造函数将初始化 that（因为表达式 b是左值），并且赋值运算符将内容与新创建的深层副本交换。这就是复制和交换惯用法的确切定义-制作一个副本，将内容与该副本交换，然后通过保留范围来摆脱该副本。这里没有新内容。

但是，如果您说 a = x + y，则move构造函数将初始化 that（因为表达式 x + y是右值），因此不涉及深层复制，而仅涉及有效的移动。
that仍然是该参数的独立对象，但其构造很简单，
由于不必复制堆数据，因此只需移动即可。不必复制它，因为 x + y是一个右值，并且再次可以从右值表示的字符串对象中移出。

总而言之，复制构造函数会进行深层复制，因为源必须保持不变。
另一方面，move构造函数可以只复制指针，然后将源中的指针设置为null。可以用这种方式“无效化”源对象，因为客户端无法再次检查对象。

我希望这个例子能说明重点。右值引用和移动语义还有很多，我有意省略以保持简单。如果需要更多详细信息，请参见 my supplementary answer。