只谈C++11新特性 - 右值引用 & 移动语义(3)

在 C++ 11 之前, 假设有这么一个 FileHandler 类, 实现如下

#include <iostream>
#include <cstdio> // for FILE*
#include <vector>

class FileHandler {
private:
    FILE* file;

    FileHandler(const FileHandler&);
    FileHandler& operator=(const FileHandler&);

public:
    FileHandler(const char* filename, const char* mode) : file(std::fopen(filename, mode)) {
        if (!file) {
            std::perror("Failed to open file");
            throw std::runtime_error("File open error");
        }
    }

    ~FileHandler() {
        if (file) {
            std::fclose(file);
        }
    }

    void write(const char* data) {
        if (file) {
            std::fputs(data, file);
        }
    }

    void flush() {
        if (file) {
            std::fflush(file);
        }
    }
};

int main() {
    try {
        FileHandler fh("test.txt", "w");
        fh.write("Hello, World!\n");
        fh.flush();

        // std::vector<FileHandler> fileHandlers;
        // fileHandlers.push_back(fh); // 此处会编译出错
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "Exception: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

拷贝构造与赋值问题：

FileHandler 类封装了文件句柄 FILE*，但是未定义拷贝构造函数和拷贝赋值运算符。
如果尝试将对象存储在 STL 容器中（如 std::vector），会导致编译错误，因为 STL 容器需要对象支持拷贝或移动操作。
拷贝 FILE* 是不安全的，因为多个对象可能共享同一个文件句柄，导致资源释放冲突。

资源管理问题：

文件句柄是系统资源，必须确保在对象析构时正确释放。
在异常情况下（如文件打开失败），需要通过 try-catch 捕获错误，防止资源泄露。

C++11 优化：引入移动语义

通过实现移动构造函数和移动赋值运算符，可以解决上述问题，使 FileHandler 支持资源转移，兼容 STL 容器，并提高效率。

#include <iostream>
#include <cstdio> // for FILE*
#include <vector>
#include <stdexcept>
#include <utility> // for std::move

class FileHandler {
private:
    FILE* file;

    FileHandler(const FileHandler&);
    FileHandler& operator=(const FileHandler&);

public:
    FileHandler(const char* filename, const char* mode) : file(std::fopen(filename, mode)) {
        if (!file) {
            std::perror("Failed to open file");
            throw std::runtime_error("File open error");
        }
    }

    ~FileHandler() {
        if (file) {
            std::fclose(file);
        }
    }

    // 移动构造函数
    FileHandler(FileHandler&& other) noexcept : file(other.file) {
        other.file = nullptr; // 将其他对象的文件句柄置空
    }

    // 移动赋值运算符
    FileHandler& operator=(FileHandler&& other) noexcept {
        if (this != &other) {
            if (file) {
                std::fclose(file); // 释放当前对象的资源
            }
            file = other.file;
            other.file = nullptr; // 将其他对象的文件句柄置空
        }
        return *this;
    }

    void write(const char* data) {
        if (file) {
            std::fputs(data, file);
        }
    }

    void flush() {
        if (file) {
            std::fflush(file);
        }
    }
};

int main() {
    try {
        FileHandler fh("test.txt", "w");
        fh.write("Hello, World!\n");
        fh.flush();

        std::vector<FileHandler> fileHandlers;
        fileHandlers.push_back(std::move(fh));
    }
    catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << "Exception: " << e.what() << std::endl;
    }

    return 0;
}

改进点分析

移动构造函数：

• 接收一个右值引用 FileHandler&& other。
• 将 other.file 的资源转移到当前对象。
• 将 other.file 设置为 nullptr，确保资源的唯一性。

移动赋值运算符：

• 检查自赋值后，释放当前对象持有的资源。
• 转移 other.file 的资源到当前对象，并将 other.file 置空。

容器兼容性：

• 实现移动语义后，可以使用 std::vector 等容器存储 FileHandler 对象，动态管理文件句柄。

效率提升：

• 使用 std::move 转移资源避免不必要的拷贝。
• 移动语义的引入减少了资源分配与释放的开销。