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C++ 11右值引用

C++ 11中引入的一个非常重要的概念就是右值引用。理解右值引用是学习“移动语义”(move semantics)的基础。而要理解右值引用,就必须先区分左值与右值。

对左值和右值的一个最常见的误解是:等号左边的就是左值,等号右边的就是右值。左值和右值都是针对表达式而言的,左值是指表达式结束后依然存在的持久对象,右值是指表达式结束时就不再存在的临时对象。一个区分左值与右值的便捷方法是:看能不能对表达式取地址,如果能,则为左值,否则为右值。下面给出一些例子来进行说明。

int a = 10;

int b = 20;

int *pFlag = &a;

vector<int> vctTemp;

vctTemp.push_back(1);

string str1 = “hello “;

string str2 = “world”;

const int &m = 1;

请问,a,b, a+b, a++, ++a, pFlag, *pFlag, vctTemp[0], 100, string(“hello”), str1, str1+str2, m分别是左值还是右值?

a和b都是持久对象(可以对其取地址),是左值;

a+b是临时对象(不可以对其取地址),是右值;

a++是先取出持久对象a的一份拷贝,再使持久对象a的值加1,最后返回那份拷贝,而那份拷贝是临时对象(不可以对其取地址),故其是右值;

++a则是使持久对象a的值加1,并返回那个持久对象a本身(可以对其取地址),故其是左值;

pFlag和*pFlag都是持久对象(可以对其取地址),是左值;

vctTemp[0]调用了重载的[]操作符,而[]操作符返回的是一个int &,为持久对象(可以对其取地址),是左值;

100和string(“hello”)是临时对象(不可以对其取地址),是右值;

str1是持久对象(可以对其取地址),是左值;

str1+str2是调用了+操作符,而+操作符返回的是一个string(不可以对其取地址),故其为右值;

m是一个常量引用,引用到一个右值,但引用本身是一个持久对象(可以对其取地址),为左值。

区分清楚了左值与右值,我们再来看看左值引用。左值引用根据其修饰符的不同,可以分为非常量左值引用和常量左值引用。

非常量左值引用只能绑定到非常量左值,不能绑定到常量左值、非常量右值和常量右值。如果允许绑定到常量左值和常量右值,则非常量左值引用可以用于修改常量左值和常量右值,这明显违反了其常量的含义。如果允许绑定到非常量右值,则会导致非常危险的情况出现,因为非常量右值是一个临时对象,非常量左值引用可能会使用一个已经被销毁了的临时对象。

常量左值引用可以绑定到所有类型的值,包括非常量左值、常量左值、非常量右值和常量右值。

可以看出,使用左值引用时,我们无法区分出绑定的是否是非常量右值的情况。那么,为什么要对非常量右值进行区分呢,区分出来了又有什么好处呢?这就牵涉到C++中一个著名的性能问题——拷贝临时对象。考虑下面的代码:

vector<int> GetAllScores()

{

vector<int> vctTemp;

vctTemp.push_back(90);

vctTemp.push_back(95);

return vctTemp;

}

当使用vector<int> vctScore = GetAllScores()进行初始化时,实际上调用了三次构造函数。尽管有些编译器可以采用RVO(Return Value Optimization)来进行优化,但优化工作只在某些特定条件下才能进行。可以看到,上面很普通的一个函数调用,由于存在临时对象的拷贝,导致了额外的两次拷贝构造函数和析构函数的开销。当然,我们也可以修改函数的形式为void GetAllScores(vector<int> &vctScore),但这并不一定就是我们需要的形式。另外,考虑下面字符串的连接操作:

string s1(“hello”);

string s = s1 + “a” + “b” + “c” + “d” + “e”;

在对s进行初始化时,会产生大量的临时对象,并涉及到大量字符串的拷贝操作,这显然会影响程序的效率和性能。怎么解决这个问题呢?如果我们能确定某个值是一个非常量右值(或者是一个以后不会再使用的左值),则我们在进行临时对象的拷贝时,可以不用拷贝实际的数据,而只是“窃取”指向实际数据的指针(类似于STL中的auto_ptr,会转移所有权)。C++ 11中引入的右值引用正好可用于标识一个非常量右值。C++ 11中用&表示左值引用,用&&表示右值引用,如:

int &&a = 10;

右值引用根据其修饰符的不同,也可以分为非常量右值引用和常量右值引用。

非常量右值引用只能绑定到非常量右值,不能绑定到非常量左值、常量左值和常量右值(VS2010 beta版中可以绑定到非常量左值和常量左值,但正式版中为了安全起见,已不允许)。如果允许绑定到非常量左值,则可能会错误地窃取一个持久对象的数据,而这是非常危险的;如果允许绑定到常量左值和常量右值,则非常量右值引用可以用于修改常量左值和常量右值,这明显违反了其常量的含义。

常量右值引用可以绑定到非常量右值和常量右值,不能绑定到非常量左值和常量左值(理由同上)。

有了右值引用的概念,我们就可以用它来实现下面的CMyString类。


class CMyString

{

public:

// 构造函数

CMyString(const char *pszSrc = NULL)

{

cout << "CMyString(const char *pszSrc = NULL)" << endl;

if (pszSrc == NULL)

{

m_pData = new char[1];

*m_pData = '\0';

}

else

{

m_pData = new char[strlen(pszSrc)+1];

strcpy(m_pData, pszSrc);

}

}

// 拷贝构造函数

CMyString(const CMyString &s)

{

cout << "CMyString(const CMyString &s)" << endl;

m_pData = new char[strlen(s.m_pData)+1];

strcpy(m_pData, s.m_pData);

}

// move构造函数

CMyString(CMyString &&s)

{

cout << "CMyString(CMyString &&s)" << endl;

m_pData = s.m_pData;

s.m_pData = NULL;

}

// 析构函数

~CMyString()

{

cout << "~CMyString()" << endl;

delete [] m_pData;

m_pData = NULL;

}

// 拷贝赋值函数

CMyString &operator =(const CMyString &s)

{

cout << "CMyString &operator =(const CMyString &s)" << endl;

if (this != &s)

{

delete [] m_pData;

m_pData = new char[strlen(s.m_pData)+1];

strcpy(m_pData, s.m_pData);

}

return *this;

}

// move赋值函数

CMyString &operator =(CMyString &&s)

{

cout << "CMyString &operator =(CMyString &&s)" << endl;

if (this != &s)

{

delete [] m_pData;

m_pData = s.m_pData;

s.m_pData = NULL;

}

return *this;

}

private:

char *m_pData;

};

可以看到,上面我们添加了move版本的构造函数和赋值函数。那么,添加了move版本后,对类的自动生成规则有什么影响呢?唯一的影响就是,如果提供了move版本的构造函数,则不会生成默认的构造函数。另外,编译器永远不会自动生成move版本的构造函数和赋值函数,它们需要你手动显式地添加。

当添加了move版本的构造函数和赋值函数的重载形式后,某一个函数调用应当使用哪一个重载版本呢?下面是按照判决的优先级列出的3条规则:

1、常量值只能绑定到常量引用上,不能绑定到非常量引用上。

2、左值优先绑定到左值引用上,右值优先绑定到右值引用上。

3、非常量值优先绑定到非常量引用上。

当给构造函数或赋值函数传入一个非常量右值时,依据上面给出的判决规则,可以得出会调用move版本的构造函数或赋值函数。而在move版本的构造函数或赋值函数内部,都是直接“移动”了其内部数据的指针(因为它是非常量右值,是一个临时对象,移动了其内部数据的指针不会导致任何问题,它马上就要被销毁了,我们只是重复利用了其内存),这样就省去了拷贝数据的大量开销。

一个需要注意的地方是,拷贝构造函数可以通过直接调用*this = s来实现,但move构造函数却不能。这是因为在move构造函数中,s虽然是一个非常量右值引用,但其本身却是一个左值(是持久对象,可以对其取地址),因此调用*this = s时,会使用拷贝赋值函数而不是move赋值函数,而这已与move构造函数的语义不相符。要使语义正确,我们需要将左值绑定到非常量右值引用上,C++ 11提供了move函数来实现这种转换,因此我们可以修改为*this = move(s),这样move构造函数就会调用move赋值函数。

– 本文来源于创世软件团队博客, 原文地址: http://www.cnblogs.com/hujian/archive/2012/02/13/2348621.html

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