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聊聊C++中右值引用和移動構造函數的使用_C 語言

作者：一線碼農 ? 更新時間： 2022-09-18 編程語言

一： 背景

最近在看 C++ 的右值引用和移動構造函數，感覺這東西一時半會還挺難理解的，可能是沒踩過這方面的坑，所以沒有那么大的深有體會，不管怎么說，這一篇我試著聊一下。

二： 右值引用

1. 它到底解決了什么問題

在其他編程語言中，很少聽到?右值引用?這個詞，我個人感覺還是?C++?這個?值類型?優先的語言基因決定的，我們都知道?值類型?作為方法參數或者返回值時會生成自身的副本，如果?值類型?很大，那一來一回生成若干個深復制的 臨時對象 將會產生巨大的性能開銷。

總結一句話：右值引用?就是盡可能的減少這中間?臨時對象?個數，尤其是關聯到 heap 上的對象，僅此而已。

2. 右值引用是個什么樣子

說到?右值引用?得先說什么是?右值，左值?，?左值?一般都是帶有內存地址的變量，而?右值?一般是立即數或者運算過程中的臨時對象，這種對象不會有地址值，是不是很繞，我舉個例子吧。

int main()
{
	int i = 10;
	int j = 11;

	int sum = i + j;
}

1.10，11，(i+j)

屬于右值，因為它本身沒有內存地址，除非把它們放入到棧中或者堆中。

2.i,j,sum

屬于左值，因為它們是線程棧上地址的標識符。

知道了?左右值?概念，接下來理解?左右值引用?就很簡單了，既然是?引用，必然是多個變量指向同一個地址，對吧，修改下代碼如下：

int main()
{
	int i = 10;
	int& k = i;		//左值引用


	int&& m = 10;	//右值引用
}

接下來看下匯編代碼：

    33: 	int i = 10;
00FB182F  mov         dword ptr [ebp-0Ch],0Ah  
    34: 	int& k = i;	
00FB182F  mov         dword ptr [ebp-0Ch],0Ah  
00FB1836  lea         eax,[ebp-0Ch]  
00FB1839  mov         dword ptr [ebp-18h],eax  
    36: 	int&& m = 10;	
00FB183C  mov         dword ptr [ebp-30h],0Ah  
00FB1843  lea         eax,[ebp-30h]  
00FB1846  mov         dword ptr [ebp-24h],eax

從匯編代碼看，它們是一模一樣的，也就是說在匯編層面，其實并沒有?右值引用?和?左值引用?一說。

有了這些基礎，我們來看下更復雜的 class 結構。

三： 右值引用如何減少對象的創建

1. 簡要思路

其實仔細想一想，減少臨時對象的創建，無非就是在運算過程中復用一些對象，不需要每次都走賦值構造函數來進行深復制，畫個圖就像下面這樣。

明白了這個思路，接下來我們舉一個例子說明。

2. 一個簡單的例子

C++ 最煩的地方就是有太多的構造函數, 數不勝數，太尷尬了，這里我做一個簡單的?+?操作例子。

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

class StringBuidler {
public:
	char* str;
	int length;
public:
	StringBuidler() {}
	StringBuidler(int len, char c) {
		this->str = new char[len];
		this->str[0] = c;
		this->length = len;
	}

	StringBuidler(const StringBuidler& s) {

		printf("StringBuidler：深復制 \n");
		this->length = s.length;
		this->str = new char[s.length];

		for (size_t i = 0; i < length; i++)
		{
			this->str[i] = s.str[i];
		}
	}

	StringBuidler operator+(const StringBuidler& p) {

		StringBuidler tmp;

		tmp.length = this->length + p.length;
		tmp.str = new char[tmp.length];

		int index = 0;

		for (size_t i = 0; i < this->length; i++)
		{
			tmp.str[index++] = this->str[i];
		}
		for (size_t i = 0; i < p.length; i++)
		{
			tmp.str[index++] = p.str[i];
		}

		return tmp;
	}
};

int main()
{
	StringBuidler s1(10, 'a');
	StringBuidler s2(5, 'b');

	StringBuidler s3 = s1 + s2;

	printf("s3.length=%d, s1.length=%d, s2.length=%d \n", s3.length, s1.length, s2.length);
}

從這個例子中可以看到，s1+s2?操作中出現了一次?深copy,具體代碼出現在?return?處，匯編代碼如下：

因為是深復制，所以會再次生成一個?new char[]?，如果?new char[]?很大，那將會是不必要的性能開銷，能不能像我畫的圖一樣，將 s3 中的?str?指針直接指向 tmp 所持有的 heap 上的?char[]?數組來達到復用目的呢？ 肯定是可以的。

3. 性能優化方案

這里需要用?右值引用?+?移動構造函數?讓?s3.str?指向?tmp.str，從而避免復制構造函數，在 StringBuilder 類中加一個方法如下：

	StringBuidler(StringBuidler&& s) {
		this->str = s.str;
		this->length = s.length;

		s.str = nullptr;
	}

然后把程序跑起來，截圖如下：

可以看到，深復制已經沒有了，這個過程會在?return?處被調用，編譯器會判斷如果是右值的話，自動走?移動構造函數，沒有這個函數就會走?賦值構造函數。

四： 總結

總之右值引用?可以讓你盡可能的復用一些中間對象，達到一個性能上的提升，其實對 C# 程序員來說，這么簡單的引用賦值，C++ 搞出了這么多概念，真的很難理解，可能還是那句話，這是 C++ 的值類型優先的基因決定的。

原文鏈接：https://www.cnblogs.com/huangxincheng/p/16518289.html

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