C++ 移动构造与移动赋值运算符

最新推荐文章于 2025-06-20 15:42:07 发布

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本文深入探讨了C++中的左值与右值概念，详细解释了移动语义的必要性和实现方式，通过具体示例展示了如何利用移动构造函数来提高资源管理效率。

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一，左值与右值

1，左值与左值引用

左值是一个表示数据的表达式，程序可以获取其地址。左值可以出现在赋值语句的左边，也可以出现在赋值语句的右边。左值引用就是对左值的引用。下面的变量都是左值

int a = 20;
const int b = 10;
int c = b;

2，右值与右值引用

右值即可出现在赋值表达式右边，但不能获取其地址。右值包括字面常量（C风格字符串除外，它表示的是地址），诸如x + y表达式以及返回值的函数（条件是该函数返回的不是引用）。C++11新增了右值引用，这是使用&&表示的，右值引用就是对右值的引用。下面的是右值的例子

int getValue(){
    return 50;
}

int main(){
    int x = 10;
    int y = 20;
    int &&r1 = 30;  //字面常量是右值
    int &&r2 = x + y;  //表达式是右值
    int &&r3 = getValue();  //函数返回的是int类型的值
    return 0;
}

二，为何需要移动语义？

我们定义了下面这个Useless类

class Useless{
private:
    string name;
    char *p;
public:
    Useless();
    Useless(string name);
    Useless(const Useless &f);
    Useless operator+(const Useless &f) const;
    void showData();
    ~Useless();
};

定义一个函数这个函数的返回值是Useless类对象

Useless getObject(){
    Useless temp("temp");
    return temp;
}

假设有下面这些代码

Useless three(getObject());

getObject()函数创建temp对象，temp对象管理着10000个字符。Useless的复制构造函数将创建这10000个字符的副本，然后删除getObject()函数返回的临时对象。这里的要点是，做了大量的无用功。考虑到临时对象被删除了，如果编译器将临时对象对数据的所有权直接转让给three对象，不是更好么？也就是说，不将临时对象管理的10000个字符复制到新的地方，再删除临时对象管理的字符串。而是将字符留在原来的地方，并将three对象与之相关联。这类似于在计算机中移动文件的情形，实际的文件还是留在原来的地方，而只修改记录。这种方法被称为移动语义。有点悖论的是，移动语义实际上避免了移动原始数据，而只是修改了记录。

三，使用移动构造函数实现移动语义

使用前面介绍的Useless类，这个类里面的很多函数都很常规，在这里只写出移动复制构造函数的定义。

class Useless{
private:
    string name;
    char *p;
public:
    Useless();
    Useless(string name);
    Useless(const Useless &f);
    Useless(Useless &&f);
    Useless operator+(const Useless &f) const;
    void showData();
    ~Useless();
};

移动复制构造函数

Useless::Useless(Useless &&f):name(f.name){
    p = f.p;
    f.p = NULL;
    showData();
}

应用实例

int main(){
    Useless one("one");
    Useless two("two");
    Useless three(one + two);
    return 0;
}

输出结果

one Object Data Address : 0xcc0d78
two Object Data Address : 0xcc0da8
one+two Object Data Address : 0xcc0e08
one+two Object Data Address : 0xcc0e08
one+two Object delete. 0x000000
one+two Object delete. 0xcc0e08
two Object delete. 0xcc0da8
one Object delete. 0xcc0d78

Process returned 0 (0x0) execution time : 0.012 s
Press any key to continue.

程序分析
在方法operator+中创建的对象的数据地址与对象three存储的数据地址相同（都是 0xcc0e08），其中对象three是由移动复制构造函数创建的。另外，注意到创建对象three之后，为临时对象调用了析构函数。之所以知道这是临时对象，是因为其数据地址是： 0x000000。使用移动复制构造函数直接交换了临时对象与three对象之间的数据的所有权。

四，移动构造函数解析
1，移动构造函数

Useless::Useless(Useless &&f):name(f.name){
    p = f.p;
    f.p = NULL;
    showData();
}

上面的代码使p直接指向现有的数据，以获取这些数据的所有权。此时，p与f.p指向相同的数据，调用析构函数时，这将带来麻烦，因为程序不能为同一个地址调用delete []两次。为避免这个问题，该构造函数随后将原来的指针设置为空指针，因为对空指针执行delete []没有问题。
注意：

由于修改了f对象，这要求不能在参数声明中使用const。

2，移动构造函数解析
要让移动语义发生，需要下面两个步骤。
（1），右值引用让编译器知道何时可使用移动语义

Useless one("one");
Useless two("two");
Useless three(one + two);

对象one与two是左值，与左值引用匹配，而表达式one + two是右值，与右值引用匹配。因此，右值引用让编译器使用移动复制构造函数初始化对象three。

（2），定义移动复制构造函数。

五，移动构造函数与移动赋值运算符

1，C++11在原有4个特殊成员函数的基础上，新增了两个：移动构造函数与移动赋值运算符。默认的移动构造函数与移动赋值运算符与复制版本类似，执行逐成员初始化并复制内置类型。如果成员是类对象，将使用相应类的构造函数和赋值运算符，就像参数为右值一样。如果定义了移动构造函数与移动赋值运算符，这将调用他们。否则将调用复制构造函数和赋值运算符。

2，如果你提供了析构函数、复制构造函数或赋值运算符，编译器将不会自动提供移动构造函数和移动赋值运算符。如果你提供了移动构造函数或移动赋值运算符，编译器将不会自动提供复制构造函数和赋值运算符。