c 11新特性之右值引用

2021-10-05 17:11:49 字數 4353 閱讀 5785

c++11 增加了乙個新的型別，稱為右值引用（r-value reference），標記為 t &&。在介紹右值引用型別之前先要了解什麼是左值和右值。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 。所有的具名變數或物件都是左值，而右值不具名。

在 c++11 中，右值由兩個概念構成，乙個是將亡值（xvalue, expiring value），另乙個則是純右值（prvalue, purervalue），比如，非引用返回的臨時變數、運算表示式產生的臨時變數、原始字面量和 lambda 表示式等都是純右值。而將亡值是 c++11 新增的、與右值引用相關的表示式，比如，將要被移動的物件、 t&& 函式返回值、 std::move 返回值和轉換為 t&&的型別的轉換函式的返回值。

c++11 中所有的值必屬於左值、將亡值、純右值三者之一 ，將亡值和純右值都屬於右值。區分表示式的左右值屬性有乙個簡便方法：若可對表示式用 & 符取址，則為左值，否則為右值。

右值引用就是對乙個右值進行引用的型別。因為右值不具名，所以我們只能通過引用的方式找到它。

無論宣告左值引用還是右值引用都必須立即進行初始化，因為引用型別本身並不擁有所繫結物件的記憶體，只是該物件的乙個別名。通過右值引用的宣告，該右值又「重獲新生」，其生命週期與右值引用型別變數的生命週期一樣，只要該變數還活著，該右值臨時量將會一直存活下去。

class a_2


~a_2() 


private:


int* m_ptr;}; 


a_2 get(bool flag)


int right_value_ref2()
在上面的**中，預設建構函式是淺拷貝，a和b會指向同一指標m_ptr，在析構函式會導致重複刪除該指標。

正確的做法是提供深拷貝的拷貝建構函式。

a_2(const a_2& a):m_ptr(new int(*a.m_ptr)) //深拷貝


//這樣就可以保證拷貝構造時的安全性，但有時這種拷貝構造卻是不必要的，不人上面**中的拷貝構造就是不必要的。上面**中的get函式會返回臨時變數，


//然後通過這個臨時變數拷貝構造乙個新的物件b,臨時變數在拷貝構造完成之後就銷毀了，如果堆記憶體很大，那麼，這個拷貝構造的代價會很大，帶來了額外的效能損耗。


//有沒有辦法避免臨時物件的拷貝構造呢？答案是肯定的。看下面的**：


class a_2


a_2(const a_2& a):m_ptr(new int(*a.m_ptr)) //深拷貝 


a_2(a_2&& a) :m_ptr(a.m_ptr) 


~a_2() 


private:


int* m_ptr;}; 


a_2 get(bool flag)


int right_value_ref2()
上面的**中沒有了拷貝構造，取而代之的是移動構造（move construct）。從移動建構函式的實現可以看到，它的引數是乙個右值引用型別的引數a&&，這裡沒有深拷貝，只有淺拷貝，這樣就避免了臨時物件的深拷貝，提供了效能。這裡的a&&用來根據引數是左值還是右值來建立分支，如果是臨時值，則會選擇移動建構函式。移動建構函式只是將臨時物件的資源做了淺拷貝，不需要對其進行深拷貝，從而避免了額外的拷貝，提高效能。這也就是所謂的移動語義（move 語義），右值引用的乙個重要目的是用來支援移動語義的。值得注意的是移動構造裡面將a.m_ptr置為nullptr（注釋寫得很清楚），此時delete不會對nullptr做出任何操作。

移動語義可以將資源（堆、系統物件等）通過淺拷貝方式從乙個物件轉移到另乙個物件，這樣能減少不必要的臨時物件的建立、拷貝以及銷毀，可以大幅度提高c++應用程式的效能，消除臨時物件的維護(建立和銷毀)對效能的影響。

再看乙個簡單的例子，**如下：

struct element


// 右值版本的拷貝建構函式


element(element&& other) : m_children(std::move(other.m_children)){}


element(const element& other) : m_children(other.m_children){}


private:


vectorm_children;


};
這個 element 類提供了乙個右值版本的建構函式。這個右值版本的建構函式的乙個典型

應用場景如下：

void test()
先構造了乙個臨時物件 t1，這個物件中乙個存放了很多 element 物件，數量可能很多，如果直接將這個 t1 用 push_back 插入到 vector 中，沒有右值版本的建構函式時，會引起大量的拷貝，這種拷貝會造成額外的嚴重的效能損耗。通過定義右值版本的建構函式以及

std::move(t1) 就可以避免這種額外的拷貝，從而大幅提高效能。

有了右值引用和移動語義，在設計和實現類時，對於需要動態申請大量資源的類，應該設計右值引用的拷貝建構函式和賦值函式，以提高應用程式的效率。需要注意的是，我們一般在提供右值引用的建構函式的同時，也會提供常量左值引用的拷貝建構函式，以保證移動不成還可以使用拷貝構造。

這裡也要注意對 move 語義的誤解， move 只是轉移了資源的控制權，本質上是將左值強制轉換為右值引用，以用於 move 語義，避免含有資源的物件發生無謂的拷貝。 move 對於擁有形如對記憶體、檔案控制代碼等資源的成員的物件有效。如果是一些基本型別，比如 int 和char[10] 陣列等，如果使用 move，仍然會發生拷貝（因為沒有對應的移動建構函式），所以說move 對於含資源的物件來說更有意義。

還要注意的是，右值引用不能繫結左值：int a;  int &&c = a;   這樣是不行的。

另附一段右值引用效能測試的**：

#define  max_times 1000


class a 


a(const a &a) 


a &operator =(const a &a) 


return *this;


} a(a &&a) : m_data(a.m_data) 


a & operator = (a &&a) 


return *this;


} ~a() 


private:


char * m_data;


};//移動語義實現


void swap1(a& a, a& b)


// 普通交換


void swap2(a& a, a& b)


int main()


finish = clock();


totaltime = (double)(finish - start) / clocks_per_sec;


cout << "max_times =" << max_times << "\n右值引用的執行時間為" << totaltime << "秒！" << endl;


start1 = clock();


for (int i = 0; i < max_times; ++i)


finish1 = clock();


totaltime = (double)(finish1 - start1) / clocks_per_sec;


cout << "max_times =" << max_times << "\n普通的執行時間為" << totaltime << "秒！" << endl;


cin.get();


return 0;


}
測試結果：

10000次以下時幾乎沒有差別，這裡不列出；

通過大量的測試表明，右值引用內比普通的構造效能確實要高，我這邊測試大約是15倍的樣子。

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