C++11 现代语法入门:解锁移动语义,告别冗余拷贝(上篇)

目录

​编辑

一、统一的列表初始化

std::initializer_list

二、decltype

三、nullptr的引入

四、STL中一些新变化

五、右值引用和移动语义

什么是左值?

什么是右值?什么是右值引用?

左值引用的短板

移动构造和移动语义

移动赋值

三者关系总结

完美转发

模板中的&& 万能引用

核心实现:std::forward + 万能引用


一、统一的列表初始化

在C++98中,标准允许使用花括号{}对数组或者结构体元素进行统一的列表初始值设定。

C++11扩大了用大括号括起的列表(初始化列表)的使用范围,使其可用于所有的内置类型和用户自 定义的类型,使用初始化列表时,可添加等号(=),也可不添加。

struct Point
{
 int _x;
 int _y;
};
int main()
{
 int x1 = 1;
 int x2{ 2 };
 int array1[]{ 1, 2, 3, 4, 5 };
 int array2[5]{ 0 };
 Point p{ 1, 2 };
 // C++11中列表初始化也可以适用于new表达式中
 int* pa = new int[4]{ 0 };
 return 0;
}

创建对象时也可以使用列表初始化方式调用构造函数初始化

class Date
{
public:
 Date(int year, int month, int day)
 :_year(year)
 ,_month(month)
 ,_day(day)
 {
 cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;
 }
private:
 int _year;
 int _month;
 int _day;
};
int main()
{
 Date d1(2022, 1, 1); // old style
 // C++11支持的列表初始化,这里会调用构造函数初始化
 Date d2{ 2022, 1, 2 };
 Date d3 = { 2022, 1, 3 };
 return 0;
}

std::initializer_list

std::initializer_list的介绍文档:http://www.cplusplus.com/reference/initializer_list/initializer_list/

std::initializer_list一般是作为构造函数的参数,C++11对STL中的不少容器就增加
std::initializer_list作为参数的构造函数,这样初始化容器对象就更方便了。也可以作为operator=的参数,这样就可以用大括号赋值。

二、decltype

学习 decltype 之前我们需要先看两个语法

auto:自动推导类型,用来定义变量,且变量必须初始化

typeid( ).name( ):获得变量类型,只可获得不能使用

decltype:可以根据变量\表达式推导类型+使用,且可以不初始化(比如模板参数)

// decltype的一些使用使用场景
template<class T1, class T2>
void F(T1 t1, T2 t2)
{
 decltype(t1 * t2) ret;
 cout << typeid(ret).name() << endl;
}
int main()
{
 const int x = 1;
 double y = 2.2;
 decltype(x * y) ret; // ret的类型是double
 decltype(&x) p;      // p的类型是int*
 cout << typeid(ret).name() << endl;
 cout << typeid(p).name() << endl;
 F(1, 'a');
 return 0;
}

三、nullptr的引入

由于C++中NULL被定义成字面量0,这样就可能回带来一些问题,因为0既能指针常量,又能表示整形常量。所以出于清晰和安全的角度考虑,C++11中新增了nullptr,用于表示空指针。

四、STL中一些新变化

用橘色圈起来是C++11中的一些几个新容器,但是实际最有用的是unordered_map和 unordered_set。

容器中的一些新方法

如果我们再细细去看会发现基本每个容器中都增加了一些C++11的方法,但是其实很多都是用得 比较少的。

比如提供了cbegin和cend方法返回const迭代器等等,但是实际意义不大,因为begin和end也是 可以返回const迭代器的,这些都是属于锦上添花的操作。

实际上C++11更新后,容器中增加的新方法最后用的插入接口函数的右值引用版本

http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/emplace_back/ http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/push_back/ http://www.cplusplus.com/reference/map/map/insert/ http://www.cplusplus.com/reference/map/map/emplace

五、右值引用和移动语义

传统的C++语法中就有引用的语法,而C++11中新增了的右值引用语法特性,所以从现在开始我们之前学习的引用就叫做左值引用。无论左值引用还是右值引用,都是给对象取别名。

什么是左值?

左值是一个表示数据的表达式(如变量名或解引用的指针),我们可以获取它的地址+可以对它赋值,左值可以出现赋值符号的左边,右值不能出现在赋值符号左边。定义时const修饰符后的左值,不能给他赋值,但是可以取它的地址。

int main()
{
// 以下的p、b、c、*p都是左值
int* p = new int(0);
int b = 1;
const int c = 2;
// 以下几个是对上面左值的左值引用
int*& rp = p;
int& rb = b;
const int& rc = c;
int& pvalue = *p;
return 0;
}

什么是右值?什么是右值引用?

右值也是一个表示数据的表达式,如:字面常量、表达式返回值,函数返回值(这个不能是左值引用返回)等等,右值可以出现在赋值符号的右边,但是不能出现出现在赋值符号的左边右值不能取地址。右值引用就是对右值的引用,给右值取别名。

int main()
{
double x = 1.1, y = 2.2;
// 以下几个都是常见的右值
10;
x + y;
fmin(x, y);
// 以下几个都是对右值的右值引用
int&& rr1 = 10;
double&& rr2 = x + y;
double&& rr3 = fmin(x, y);
// 这里编译会报错:error C2106: “=”: 左操作数必须为左值
10 = 1;
x + y = 1;
fmin(x, y) = 1;
return 0;
}

左值引用的使用场景: 
做参数和做返回值都可以提高效率。

void func1(bit::string s)
{}
void func2(const bit::string& s)
{}
int main()
{
 bit::string s1("hello world");
 // func1和func2的调用我们可以看到左值引用做参数减少了拷贝,提高效率的使用场景和价值
 func1(s1);
 func2(s1);
 // string operator+=(char ch) 传值返回存在深拷贝
 // string& operator+=(char ch) 传左值引用没有拷贝提高了效率
 s1 += '!';
 return 0;
}

左值引用的短板

但是当函数返回对象是一个局部变量,出了函数作用域就不存在了,就不能使用左值引用返回,只能传值返回。

这里我们拿出这段代码来解释一下

namespace cyh
{
 cyh::string to_string(int value)
 {
 bool flag = true;
 if (value < 0)
 {
 flag = false;
 value = 0 - value;
 }
 cyh::string str;
 while (value > 0)
 {
 int x = value % 10;
 value /= 10;
 str += ('0' + x);
 }
 if (flag == false)
 {
 str += '-';
 }std::reverse(str.begin(), str.end());
 return str;
 }
}
int main()
{
 // 在cyh::string to_string(int value)函数中可以看到,这里
 // 只能使用传值返回,传值返回会导致至少1次拷贝构造(如果是一些旧一点的编译器可能是两次拷
贝构造)。
 cyh::string ret1 = bit::to_string(1234);
 cyh::string ret2 = bit::to_string(-1234);
 return 0;
}

移动构造和移动语义

所以,这个时候我们就需要在cyh::string中增加移动构造,移动构造本质是将参数右值的资源窃取过来,占位已有,那么就不用做深拷贝了,所以它叫做移动构造,就是窃取别人的资源来构造自己。

使用右值引用后我们会发现,这里没有调用深拷贝的拷贝构造而是调用了移动构造,移动构造中没有新开空间,拷贝数据,所以效率提高了。

所以这样的过程我们就称为移动语义,移动语义的核心就是在于允许资源从一个对象转移到另一个对象,而不是进行传统的深拷贝。

移动赋值

// 移动赋值
string& operator=(string&& s)
{
 cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动语义" << endl;
 swap(s);
 return *this;
}

三者关系总结

移动赋值、移动构造函数和移动语义三者是同属一个技术体系的不同部分

  • 移动语义是 “指导思想”,定义了 “通过转移资源而非拷贝来优化对象传递” 的规则;
  • 移动构造函数移动赋值运算符是 “具体实现手段”,分别负责 “用一个对象的资源初始化新对象” 和 “用一个对象的资源覆盖另一个已有对象的资源”。

可以把 “对象的资源” 想象成 “一个装满东西的箱子”:

  • 拷贝:复制箱子里的所有东西到新箱子,原箱子不变(耗时);
  • 移动构造:直接把原箱子(临时对象的)贴上新标签(新对象),原箱子变空(高效);
  • 移动赋值:先把已有箱子里的东西倒掉(释放旧资源),再把临时对象的箱子贴上新标签(高效);
  • 移动语义:就是 “允许直接转移箱子所有权” 的规则。

完美转发

模板中的&& 万能引用

void Fun(int &x){ cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int &x){ cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int &&x){ cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int &&x){ cout << "const 右值引用" << endl; }
// 模板中的&&不代表右值引用,而是万能引用,其既能接收左值又能接收右值。
// 模板的万能引用只是提供了能够接收同时接收左值引用和右值引用的能力,
// 但是引用类型的唯一作用就是限制了接收的类型,后续使用中都退化成了左值,
// 我们希望能够在传递过程中保持它的左值或者右值的属性, 就需要用我们下面学习的完美转发
template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)
{
 Fun(t);
}
int main()
{
 PerfectForward(10);           // 右值
 int a;
 PerfectForward(a);            // 左值
 PerfectForward(std::move(a)); // 右值
 const int b = 8;
 PerfectForward(b);      // const 左值
 PerfectForward(std::move(b)); // const 右值
 return 0;
}

完美转发(Perfect Forwarding)是 C++ 中用于在函数模板中保持参数原始类型属性(左值 / 右值)并原样传递给其他函数的技术,核心目标是:让转发后的参数类型与原始参数完全一致,避免不必要的拷贝或移动错误

核心实现:std::forward + 万能引用

完美转发依赖两个关键语法:

  1. 万能引用(Universal Reference):仅在模板中出现的T&&(当T是模板参数时),它能同时接收左值和右值,并自动推导参数的实际类型(左值引用 / 右值引用)。例:template <typename T> void wrapper(T&& arg) { ... }arg可接收左值(如int x; wrapper(x))或右值(如wrapper(10))。

  2. std::forward<T>(arg):用于在转发时 “还原” 参数的原始类型属性(左值还是右值)。

    • 若原始参数是左值,std::forward会将其转发为左值引用;
    • 若原始参数是右值,std::forward会将其转发为右值引用。

评论
成就一亿技术人!
拼手气红包6.0元
还能输入1000个字符
 
红包 添加红包
表情包 插入表情
 条评论被折叠 查看
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值