C 11右值引用

2021-07-06 00:21:12 字數 3595 閱讀 3277

c++ 11中引入的乙個非常重要的概念就是右值引用。理解右值引用是學習「移動語義」（move semantics）的基礎。而要理解右值引用，就必須先區分左值與右值。對左值和右值的乙個最常見的誤解是：等號左邊的就是左值，等號右邊的就是右值。左值和右值都是針對表示式而言的，左值是指表示式結束後依然存在的持久物件，右值是指表示式結束時就不再存在的臨時物件。乙個區分左值與右值的便捷方法是：看能不能對表示式取位址，如果能，則為左值，否則為右值。下面給出一些例子來進行說明。

int a = 10;


int b = 20;


int *pflag = &a;


vectorvcttemp;


vcttemp.push_back(1);


string str1 = "hello ";


string str2 = "world";


const int &m = 1;

請問，a，b, a+b, a++, ++a, pflag, *pflag, vcttemp[0], 100, string("hello"), str1, str1+str2, m分別是左值還是右值？

a和b都是持久物件（可以對其取位址），是左值；

a+b是臨時物件（不可以對其取位址），是右值；

a++是先取出持久物件a的乙份拷貝，再使持久物件a的值加1，最後返回那份拷貝，而那份拷貝是臨時物件（不可以對其取位址），故其是右值；

++a則是使持久物件a的值加1，並返回那個持久物件a本身（可以對其取位址），故其是左值；

pflag和*pflag都是持久物件（可以對其取位址），是左值；

vcttemp[0]呼叫了過載的操作符，而操作符返回的是乙個int &，為持久物件（可以對其取位址），是左值；

100和string("hello")是臨時物件（不可以對其取位址），是右值；

str1是持久物件（可以對其取位址），是左值；

str1+str2是呼叫了+操作符，而+操作符返回的是乙個string（不可以對其取位址），故其為右值；

m是乙個常量引用，引用到乙個右值，但引用本身是乙個持久物件（可以對其取位址），為左值。

區分清楚了左值與右值，我們再來看看左值引用。左值引用根據其修飾符的不同，可以分為非常量左值引用和常量左值引用。

非常量左值引用只能繫結到非常量左值，不能繫結到常量左值、非常量右值和常量右值。如果允許繫結到常量左值和常量右值，則非常量左值引用可以用於修改常量左值和常量右值，這明顯違反了其常量的含義。如果允許繫結到非常量右值，則會導致非常危險的情況出現，因為非常量右值是乙個臨時物件，非常量左值引用可能會使用乙個已經被銷毀了的臨時物件。

常量左值引用可以繫結到所有型別的值，包括非常量左值、常量左值、非常量右值和常量右值。

可以看出，使用左值引用時，我們無法區分出繫結的是否是非常量右值的情況。那麼，為什麼要對非常量右值進行區分呢，區分出來了又有什麼好處呢？這就牽涉到c++中乙個著名的效能問題——拷貝臨時物件。考慮下面的**：

vectorgetallscores()
當使用vectorvctscore = getallscores()進行初始化時，實際上呼叫了三次建構函式。儘管有些編譯器可以採用rvo（return value optimization）來進行優化，但優化工作只在某些特定條件下才能進行。可以看到，上面很普通的乙個函式呼叫，由於存在臨時物件的拷貝，導致了額外的兩次拷貝建構函式和析構函式的開銷。當然，我們也可以修改函式的形式為void getallscores(vector&vctscore)，但這並不一定就是我們需要的形式。另外，考慮下面字串的連線操作：

string s1("hello");


string s = s1 + "a" + "b" + "c" + "d" + "e";
在對s進行初始化時，會產生大量的臨時物件，並涉及到大量字串的拷貝操作，這顯然會影響程式的效率和效能。怎麼解決這個問題呢？如果我們能確定某個值是乙個非常量右值（或者是乙個以後不會再使用的左值），則我們在進行臨時物件的拷貝時，可以不用拷貝實際的資料，而只是「竊取」指向實際資料的指標（類似於stl中的auto_ptr，會轉移所有權）。c++ 11中引入的右值引用正好可用於標識乙個非常量右值。c++ 11中用&表示左值引用，用&&表示右值引用，如：

int &&a = 10; 

右值引用根據其修飾符的不同，也可以分為非常量右值引用和常量右值引用。

非常量右值引用只能繫結到非常量右值，不能繫結到非常量左值、常量左值和常量右值（vs2010 beta版中可以繫結到非常量左值和常量左值，但正式版中為了安全起見，已不允許）。如果允許繫結到非常量左值，則可能會錯誤地竊取乙個持久物件的資料，而這是非常危險的；如果允許繫結到常量左值和常量右值，則非常量右值引用可以用於修改常量左值和常量右值，這明顯違反了其常量的含義。

常量右值引用可以繫結到非常量右值和常量右值，不能繫結到非常量左值和常量左值（理由同上）。

有了右值引用的概念，我們就可以用它來實現下面的cmystring類。

class cmystring


else


}// 拷貝建構函式


cmystring(const cmystring &s)


// move建構函式


cmystring(cmystring &&s)


// 析構函式


~cmystring()


// 拷貝賦值函式


cmystring &operator =(const cmystring &s)


return *this;


} // move賦值函式


cmystring &operator =(cmystring &&s)


return *this;


}private:


char *m_pdata;


};
可以看到，上面我們新增了move版本的建構函式和賦值函式。那麼，新增了move版本後，對類的自動生成規則有什麼影響呢？唯一的影響就是，如果提供了move版本的建構函式，則不會生成預設的建構函式。另外，編譯器永遠不會自動生成move版本的建構函式和賦值函式，它們需要你手動顯式地新增。當新增了move版本的建構函式和賦值函式的過載形式後，某乙個函式呼叫應當使用哪乙個過載版本呢？下面是按照判決的優先順序列出的3條規則：

1、常量值只能繫結到常量引用上，不能繫結到非常量引用上。

2、左值優先繫結到左值引用上，右值優先繫結到右值引用上。

3、非常量值優先繫結到非常量引用上。

當給建構函式或賦值函式傳入乙個非常量右值時，依據上面給出的判決規則，可以得出會呼叫move版本的建構函式或賦值函式。而在move版本的建構函式或賦值函式內部，都是直接「移動」了其內部資料的指標（因為它是非常量右值，是乙個臨時物件，移動了其內部資料的指標不會導致任何問題，它馬上就要被銷毀了，我們只是重複利用了其記憶體），這樣就省去了拷貝資料的大量開銷。乙個需要注意的地方是，拷貝建構函式可以通過直接呼叫*this = s來實現，但move建構函式卻不能。這是因為在move建構函式中，s雖然是乙個非常量右值引用，但其本身卻是乙個左值（是持久物件，可以對其取位址），因此呼叫*this = s時，會使用拷貝賦值函式而不是move賦值函式，而這已與move建構函式的語義不相符。要使語義正確，我們需要將左值繫結到非常量右值引用上，c++ 11提供了move函式來實現這種轉換，因此我們可以修改為*this = move(s)，這樣move建構函式就會呼叫move賦值函式。

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