右值引用和move語義

標籤： c++11

c++lvalue

rvalue

2013-10-04 20:49

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c++（6）

目錄(?)

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lvalue：具有儲存性質的物件，即lvalue物件，是指要實際占用記憶體空間、有記憶體位址的那些實體物件，例如：變數(variables)、函式、函式指標等。

rvalue：相比較於lvalue就是所謂的沒有儲存性質的物件，也就是臨時物件。

也可以這樣理解：

lvalue：通過它能夠找到記憶體中存放的變數（location value），位於賦值運算子左，可以賦值。

rvalue：存放在lvalue對應的記憶體中的東西（register value），位於賦值運算子左，不可賦值。

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

例子：[cpp]view plain

copy

inta = 10;

intb = 20;

int*pflag = &a;

vector

> vcttemp;

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？、

[cpp]view plain

copy

//先來看乙個例子：

//stack 分配4位元組，並設定值5.

inta = 5;

變數a的儲存空間是

&a （a的lvalue）

，儲存空間&a上的值為

5（a的rvalue）

.再看乙個例子：

[cpp]view plain

copy

int* p = null;

p = new

int(5);

這裡分配了兩個記憶體，乙個是在stack上（p，位址為&p），乙個是在heap上（*p，位址為p）

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。

[cpp]view plain

copy

inta = 5；

int& v1 = a；

const

int& v2 = 5；

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。

[cpp]view plain

copy

inta = 5;

sp; const

intb = 5;

int& v1 = a;

// 繫結到非常量左值

int& v2 = 5;

// 常量右值， compile error

int& v3 = b;

// 常量左值， compile error

int& v4 = a + b;

// 非常量右值， compile error, a + b為臨時物件

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。

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。

[cpp]view plain

copy

inta = 5;

bsp; const

intb = 5;

const

int& v1 = a;

// 繫結到非常量左值

const

int& v2 = 5;

// 常量右值

const

int& v3 = b;

// 常量左值

const

int& v4 = a + b;

// 非常量右值， a + b為臨時物件

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（無法區分上面的v2，v4）

c++11 增加乙個新的非常數引用(reference)型別，稱作右值引用(r-value reference)，標記為t &&。右值引用所引用的臨時物件可以在該臨時物件被初始化之後做修改，這是為了允許 move 語義。

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。

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。

[cpp]view plain

copy

inta = 5;

const

intb = 5;

int&& v1 = 5;

int&& v2 = a;

//compile error

int&& v3 = b;

//compile error

int&& v4 = a + b;

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。

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

[cpp]view plain

copy

inta = 5;

const

intb = 5;

const

int&& v1 = 5;

const

int&& v2 = a;

//compile error

const

int&& v3 = b;

//compile error

const

int&& v4 = a + b;

注：基於安全考慮，具有名字的宣告為右值的引數不會被認定為右值：

[cpp]view plain

copy

bool

is_r_value(

int&&)

bool

is_r_value(

const

int&)

void

test(

int&& i)

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**：

[cpp]view plain

copy

vector<

int> getvector()

當使用vectorv = getvector()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 getvector(vector&v)，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：

[cpp]view plain

copy

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）。

在 c++11，乙個std::vector的 "move 建構函式" 對某個vector的右值引用可以單純地從右值複製其內部 c-style 陣列的指標到新的 vector，然後留下空的右值。這個操作不需要陣列的複製，而且空的臨時物件的析構也不會摧毀記憶體。傳回vector臨時物件的函式不需要顯式地傳回std::vector&&。如果vector沒有 move 建構函式，那麼複製建構函式將被呼叫，以const std::vector&的正常形式。如果它確實有 move 建構函式，那麼就會呼叫 move 建構函式，這能夠免除大幅的記憶體配置。

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