右值引用和移动语义

右值引用和左值引用

在c++当中，所有的变量和表达式都被分为左值和右值。所谓的左值，就是可以被寻址的非临时变量。右值就是无法被寻址的临时变量。左值引用用’&‘符号表示，右值引用用’&&‘符号表示。

// 左值引用
int n;
int *np = new int;
const int cn = 100;
int & nr = n;
int & npr = *np;
const int & cnr = cn;

// 右值引用
int x = 100;
int && r1 = x + 1;
int && r2 = 100;
int && r3 = std::sqrt(2.1);

左值引用就是我们熟知的引用，只能把可以寻址的非临时变量指向引用。而“x + 1”表达式，sqrt()函数，100，都会返回一个临时变量，这时需要使用右值引用。所以，右值引用就是来弥补右值引用的不足，实现临时变量的引用。

右值引用的意义与移动语义

我们有一个创建vetor的函数：

using namespace std;
vector<string> foo(){
    vector<string> temp;
    // assign the temp
    return temp;
}

vector<string> item(foo());

在生成item时，foo函数会创建一个临时变量，再使用这个临时变量作为参数来初始化item变量，最后再将临时变量销毁。这中间做了大量的无用功，foo返回的临时变量就是我们所需要的，那为什么不能直接把他的数据地址拿过来直接用呢？解决这个问题的就是移动语义。

移动语义将资源 ( 堆，系统对象等 ) 从一个对象转移到另一个对象，这样能够减少不必要的临时对象的创建、拷贝以及销毁。

而为了实现移动语义，我们创建2个复制构造函数，一个用左值引用作为实参，一个用右值引用作为实参。这就是右值引用的意义。右值引用来指向临时变量，并且为类来标识那个实现移动语义的复制构造函数。

移动构造函数和移动赋值运算符

为了实现移动语义，我们需要在类中创建移动构造函数和移动赋值运算符。他们接收右值引用作为参数，实现对临时变量中数据所有权的夺取。下面是个简单的例子。

#include <cstring>
class MyString{
private:
    char * str;
    int len;
public:
    MyString(const char*);
    ~MyString();
    MyString(const MyString&);
    MyString(MyString&&);
    MyString& operator=(const MyString&);
    MyString& operator=(MyString&&);
};

MyString::MyString(const char* s = "c++") {
    len = std::strlen(s);
    str = new char[len + 1];
    std::strcpy(str, s);
}

MyString::MyString(const MyString & r) {
    len = r.len;
    str = new char[r.len + 1];
    std::strcpy(str, r.str);
}

MyString& MyString::operator=(const MyString & r) {
    if(&r == this)
        return *this;
    delete [] str;
    len = r.len;
    str = new char[len + 1];
    std::strcpy(str, r.str);
    return *this;
}

MyString::MyString(MyString && r) {
    len = r.len;
    str = r.str;
    r.str = nullptr;    // 临时变量必须指向0；
}

MyString& MyString::operator=(MyString && r) {
    if(&r == this)
        return *this;
    delete [] str;
    len = r.len;
    str = r.str;
    r.str = nullptr;    // 临时变量必须指向0；
    return *this;
}


MyString::~MyString() {
    delete [] str;
}

上述代码有2点需要注意的地方：

1、移动构造函数和移动赋值运算符函数中，最后都要将临时变量的指针指向nullptr。因为临时变量最后还是要释放掉，如果不指向0地址，我们转移的数据也会随变量一起释放掉。同时，也防止一个地址被多次析构。

2、移动构造函数和移动赋值运算符函数的右值引用参数不能加const修饰符。因为我们要修改右值引用的指针，使其指向0地址，所以不能和复制构造函数一样，加上const关键字。

将左值强制转换为右值

在许多场景中，我们可能也需要对左值也使用移动语义。比如我们从一个数组中只获取一个变量，之后整个数组都弃用了。我们可以使用一些方法，把左值引用作为右值引用传递进函数。下面介绍2种方法：

1、使用static_cast<>实现强制类型转换

MyString a("c");
MyString b(static_cast<MyString&&>(a));

2、使用utility中的move函数

#include <utility>    
MyString a("c");
MyString b(std::move(a));