C++中的移动语义

一、移动语义
1.定义：

在C++ 中，移动语义是一种优化技术。

移动语义允许资源的“移动”而不是“拷贝”。在传统的 C++ 中，当一个对象被赋值或传递给函数时，通常会发生拷贝操作，这会导致性能下降，尤其是在处理大型对象时。移动语义通过引入右值引用和移动构造函数、移动赋值运算符，允许程序员将资源的所有权从一个对象转移到另一个对象，而不是进行深拷贝。

移动语义的作用：

2. 作用

• 提高性能：移动语义主要用于避免对象中资源的不必要复制，特别是对于那些包含动态分配内存、文件句柄等资源的对象。它通过转移资源所有权来高效地处理对象的构造、赋值等操作，从而提升程序的运行效率。
• 优化资源管理：在管理资源的类中，移动语义可以方便地将资源从一个对象转移到另一个对象，使得资源能够更灵活地被重新分配和利用。

下面是一个简单的 String 类，展示移动语义的实现：

#include <iostream>
#include <cstring>
class String {
private:
char* data;
size_t len;
public:
// 普通构造函数
String(const char* cstr = "") {
len = std::strlen(cstr);
data = new char[len + 1];
std::strcpy(data, cstr);
}
// 移动构造函数
String(String&& rhs) noexcept : data(rhs.data), len(rhs.len) {
rhs.data = nullptr;
rhs.len = 0;
}
// 移动赋值运算符
String& operator=(String&& rhs) noexcept {
if (this!= &rhs) {
delete[] data;
data = rhs.data;
len = rhs.len;
rhs.data = nullptr;
rhs.len = 0;
}
return this;
}
~String() {
delete[] data;
}
void print() const {
std::cout << data << std::endl;
}
};

在这个 String 类中：

1）移动构造函数 String(String&& rhs) 接收一个右值引用 rhs 。它将 rhs 对象中的 data 指针和 len 成员的值转移到新构造的对象中，然后将 rhs 对象的 data 指针设为 nullptr ， len 设为 0 ，表示资源所有权已经转移。

2）移动赋值运算符 String& operator=(String&& rhs) 的作用类似。它先释放当前对象的资源（ delete[] data ），然后将 rhs 对象的资源转移到当前对象，最后将 rhs 对象的资源相关成员重置。

String getString() {
String temp("Hello");
return temp;
}
int main() {
String str = getString();
str.print();
return 0;
}

在 main 函数中， getString 函数返回一个临时 String 对象。在没有移动语义的情况下，这个临时对象的资源（ data 中的字符数组）会被复制到 str 对象中。但有了移动语义， str 对象通过移动构造函数直接接管了临时对象的资源，避免了一次可能很耗时的字符串复制操作。

二、右值引用
 

 右值引用的概念：

在C++中，右值引用是一种引用类型，用于绑定到右值。右值通常是临时对象或者即将销毁的值，如字面常量（如 3.14 、 'a' ）、函数返回的临时对象等。右值引用使用  &&  来表示，它的出现主要是为了支持移动语义和完美转发。

1.函数返回值作为右值引用：

#include <iostream>
class MyClass {
public:
MyClass() {}
MyClass(const MyClass&) {
std::cout << "Copy constructor called." << std::endl;
}
MyClass(MyClass&&) noexcept {
std::cout << "Move constructor called." << std::endl;
}
};
MyClass getObject() {
MyClass obj;
return obj;
}
int main() {
MyClass newObj = getObject();
return 0;
}

在这个例子中， getObject 函数返回一个 MyClass 类型的临时对象。在 main 函数中， newObj 接收这个返回值。如果没有右值引用和移动语义，会调用复制构造函数来复制这个临时对象。但由于C++的编译器会识别这个临时返回值是右值，并且 MyClass 有移动构造函数，所以会调用移动构造函数，避免了不必要的复制。

2.字面常量作为右值引用

#include <iostream>
void printValue(int&& num) {
std::cout << "The value is: " << num << std::endl;
}
int main() {
printValue(10);
return 0;
}

这里定义了一个函数 printValue ，它的参数是一个右值引用 int&& num 。在 main 函数中，将字面常量 10 传递给 printValue 函数，因为 10 是右值，所以可以绑定到右值引用 num ，函数就可以使用这个右值进行操作。

使用右值引用实现移动语义

1. 实现步骤及示例代码（以自定义的资源管理类为例）

• 步骤一：定义类和成员变量

首先，定义一个类，这个类包含需要移动的资源。假设我们创建一个简单的 String 类，它内部有一个字符指针来存储字符串内容。

class String {
private:
char* data;
size_t length;
public:
// 构造函数
String(const char* str = "") {
length = strlen(str);
data = new char[length + 1];
strcpy(data, str);
}
// 其他成员函数（如打印字符串）
void print() const {
std::cout << data << std::endl;
}
// 析构函数
~String() {
delete[] data;
}
// 移动构造函数（重点）
String(String&& other) noexcept {
// 步骤二：资源转移
data = other.data;
length = other.length;
// 步骤三：将源对象资源指针置空
other.data = nullptr;
other.length = 0;
}
// 移动赋值运算符（重点）
String& operator=(String&& other) noexcept {
if (this!= &other) {
// 释放当前对象资源
delete[] data;
// 资源转移
data = other.data;
length = other.length;
// 将源对象资源指针置空
other.data = nullptr;
other.length = 0;
}
return *this;
}
};

• 步骤二：在移动构造函数和移动赋值运算符中进行资源转移

在移动构造函数 String(String&& other) 中，将 other 对象中的 data 指针和 length 属性赋值给新对象。这样，新对象就获得了资源的所有权。

• 步骤三：将源对象资源指针置空或重置相关属性

在移动构造函数和移动赋值运算符完成资源转移后，需要将源对象（ other ）的相关资源指针置空（如 other.data = nullptr ）或者重置相关属性（如 other.length = 0 ），以表明资源已经被转移，防止源对象的析构函数错误地释放已经转移的资源。

String getString() {
String temp("Hello");
return temp;
}
int main() {
String str = getString();
str.print();
return 0;
}

在 main 函数中， getString 函数返回一个临时对象 temp 。由于这个临时对象是右值，在初始化 str 对象时，会调用移动构造函数，将 temp 对象中的字符串资源转移到 str 对象中，而不是进行资源复制，提高了效率。