C++11的右值引用的具體使用

C++11 引入了 std::move 語義、右值引用、移動構造和完美轉發這些特性。由于這部分篇幅比較長，分為3篇來進行闡述。

在了解這些特性之前，我們先來引入一些問題。

一、問題導入

1. 函數返回值是傳值的時候發生幾次對象構造、幾次拷貝？
2. 函數的形參是值傳遞的時候發生幾次對象構造？

讓我們先來看一段代碼，

// main.cpp
#include <iostream>
using namespace std;

class A{
public:
  A(){
   cout<<"class A construct!"<<endl;
  } 
  A(const A&){
   cout<<"class A copy!"<<endl;
  }
  A& operator=(const A&){
   cout<<"assignment called!"<<endl;
  }
  ~A(){
   cout<<"class A destruct!"<<endl;
  }
};

A get_A_value(){
  return A();
}
int main(){
  A a = get_A_value();
  return 0;
}

使用 g++ 編譯；注意使用 -fno-elide-constructors關閉省略構造優化

g++ main.cpp -fno-elide-constructors

可以得到以下輸出

class A construct!
class A destruct!
class A copy!
class A destruct!
class A destruct!

可以看到A a=get_A_value(); 一行代碼居然產生1次對象構造和2次對象的拷貝構造！具體為

• 在 get_A_value() 里 A() 構造了臨時對象，發生了一次構造；
• 函數返回的時候會把臨時對象拷貝后作為返回值，發生一次拷貝；
• A a = 函數返回值發生了拷貝構造。

如果使用編譯器優化（默認）, 則會把臨時對象拷貝的那次 和 用返回值構造最終對象的拷貝的給省略了；也即，只有一次拷貝和析構。

class A construct!
class A destruct!

如果把上面代碼改一下

// ... A

void pass_A_by_value(A a){

}
int main(){
  A a;
  pass_A_by_value(a);
  return 0;
}

在去掉優化 g++ main.cpp -fno-elide-constructors時輸出為

class A construct!
class A copy!
class A destruct!
class A destruct!

1次構造加上1次拷貝。

因此，下次如果面試的時候有人問這個問題，你就可以說：默認情況下經過編譯器優化后臨時對象的拷貝就會被省去，如果使用 -fno-elide-constructors 省略優化，則還要考慮臨時對象的拷貝。

事實上，在未經優化的情況下，以下時候拷貝構造函數會被調用：

1. 函數內的局部對象做為返回值返回(不是引用)的時候會發生拷貝（拷貝為臨時對象返回）
2. 函數形參為傳值的時候，會發生拷貝構造
3. 一個對象以另外一個對象進行初始化的時候

對象的頻繁構造是程序的開銷，特別是當對象內部有堆上內存（比如有 new 出來的成員）的時候，每次拷貝構造的時候都需要用 new 申請一塊內存，造成性能的降低。對于情況2，好習慣是如果函數參數是只讀的（也即不會在程序內進行修改），傳引用作為參數，也即 pass_A_by_refrence(const A &a); 對于情況1，編譯器會為我們進行優化; 對于情況3，C++11 引入了一種移動構造函數的概念，它將獲取**右值引用*,右值的“資源” move 到新對象中，這個過程中不會申請新的內存，從而達到提高了效率和性能。

所以，要理解些關鍵詞 “移動構造”、“移動語義” ，首先要理解右值和右值引用。

二、右值和右值引用

2.1 左值(lvalue)和右值(rvalue)

在 一、問題導入 里我們提到了臨時對象，也即函數返回值的時候只會“臨時”存在的對象（運行超過那一行就會結束它的生存期），這個臨時返回值就是一個右值；
右值的最直觀的定義為，顧名思義：

位于賦值運算符 = 右邊的值，為右值；在左邊的則為左值

如

A a = foo(); // foo() 為右值
char *x = "thu"; // “thu”為字面值也為右值
a = b + c; // b + c這個結果也是一個右值

在C++中，還有個定義為：

左值可以取得地址、有名字； 不可以取得地址、沒有名字的為右值。

所以 A a = foo()可以用 &a取得a的地址，a 是左值，然是不能取得 foo()的地址，（&foo()）無法通過編譯， foo()返回的臨時對象也是沒有名字的，所以是右值。

在C++11中，右值包括兩種，一中是將亡值(xvalue, eXpiring Value)，一種是純右值(prvalue,Pure Rvalue)[1]。函數非引用返回的臨時對象、運算表達式的結果、1, 3.14,'c'這樣的字面值等都屬于純右值。而xvalue則是由 C++11引入的 如返回值為 A&& 的函數返回值或者std::move()的返回值等。

不深究的話，我們只需要知道左值和右值的區別就行了。對于右值的詳細分類則不必深究。

2.2 左值引用和右值引用

左值引用就是一般的引用，一般用一個&表示，例如

const A &a_ref = a; // 取得對象 a 的引用

左值引用相當于別名，指向一個具體的對象。

右值引用

右值引用顧名思義，就是右值的引用， 用 &&表示；
A &&r_ref = getRvalue(); // r_ref 是一個右值引用
右值引用也相當于別名，與左值的區別為右值引用是無名變量的別名。

getRvalue() 是一個返回右值的函數，右值在這一句執行完就該結束他的生存期了，如果是對象就該調用析構函數了；但是==右值引用讓它強行續命==；使用右值引用指向右值，右值的生存期和右值引用一樣長了，這也就少一次對象的析構和構造了。

C++的右值引用主要有兩個用處，一個是移動語義，一個是完美轉發。這個將在接下來的兩篇來講。

總結

為了導入右值和移動語義，首先復習了以下臨時對象在函數返回值和傳參數時構造了幾次；然后對比介紹了左值和右值，以及右值引用的形式和含義。為移動語義和完美轉發的介紹做鋪墊。

參考資料

Michale Wang| IBM XL 編譯器中國 《深入理解C++11》, 機械工業出版社

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持億速云。