定义
任何一种特性的出现都是为了解决问题的,在描述定义之前,先看一个函数的调用过程
void funa(int n)
{
int m = n+3;
return m;
}
int main(){
int a = 0;
funa(a);
}
当funa函数被调用时时,会先在栈上给n分配内存,然后将a赋值给n,然后n参与计算,函数返回后,n的生命周期结束,n的在栈上的内存被释放。在这个过程中,n是一个临时变量,它被分配了内存,又被释放了,起到的作用也仅仅是作为一个a的副本参与计算,为何不直接将a的内存给予(移动)n呢?这样就可以减少一个临时变量的内存分配与释放,提高程序性能,你可能觉得一个int变量的分配与释放并不会有过多的影响,但是如果是一个很大的对象呢?这个对象里面同时又包含了很多的大对象(成员类)呢?因此减少这样一个分配与释放的过程是有必要的,这就是“移动语义”产生的目的,将a的内存直接“移动”这样的行为理解为“移动语义”。
实现
基本数据类型(int,float,double等)在C++里面也可以认为是一个类,所以这里不在继续上一个例子,我们以一个常规的类来描述这个实现,如下代码所示,在没有“移动语义之前”,A b(a)会使b调用他的拷贝构造,funa(a)会使用类的赋值操作,都会发生临时变量的内存分配和释放过程。
class A{
}
void funa(A){
}
int main(){
A a;
A b(a); //拷贝构造
funa(a);//赋值
return 1;
}
而在有了“移动语义”的概念后,针对上面2种情况(赋值和拷贝),c++11是这样实现的
template <class T>
class clone_ptr
{
private:
T* ptr; //指向所有元素的指针
public:
// ...
clone_ptr(clone_ptr&& p) // 移动构造函数
: ptr(p.ptr) // 拷贝数据的表示
{
p.ptr = 0; // 把源数据的表示置空
}
clone_ptr& operator=(clone_ptr&& p) // 移动赋值
{
std::swap(ptr, p.ptr);
return *this; // 销毁目标的旧值
}
};
通过新增一个移动构造和移动赋值来实现“移动语义”,通过申明一个指向所有数据的指针来保存需要“移动”的内存,具体逻辑可以参考代码。这样就可以解决上述临时变量的内存分配和释放的问题(如下图)。同时C++11 增加了一个称为“右值引用”(以符号 && 表示)的概念,来特别的标识“移动”这一操作
下面是一段摘自《现代c++白皮书》的内容
Howard Hinnant、Dave Abrahams 和 Peter Dimov 在 2002 年提出了移动语
义的一般化版本 [Hinnant et al. 2004, 2002]:右值引用可以用于给现有类方便地添加移动语义。意思是说,拷贝构造函 数和赋值运算符可以根据实参是左值还是右值来进行重载。当实参是右值时,类的作者就知道他拥有对该实参的唯一引用。
意思就是通过构造函数的传参是确认是调用具体的构造函数(拷贝构造、移动构造),很显然当参数是“右值引用”时,编译器会调用移动构造或移动赋值
使用
使用之前,先介绍一下“左值”和“右值”的概念,有2种简单的也比较直观认知概念
- 赋值左边的是“左值”,右边的是“右值”
- 可取地址的,有名字的称为“左值”,反之称为“右值”
前面也提到了使用“移动语义”的场景,而类在使用“移动语义”时,最终都用的“移动赋值”或“移动构造”,但是真实场景中,传递的参数一般都是左值,举个例子
class A{
};
void funa(A&& a){
}
int main(){
A a; //类A
A b(std::move(a)); //移动构造
A c = std::move(a); //移动赋值
funa(std::move(a)); //移动赋值
}
上述的“移动”调用过程,你会发现参数需要的是右值引用,而实际场景中只有一个左值a(可取地址,因此认为是左值),而c++使用了move函数将一个左值转换为右值引用,当然转化完后左值的生命周期并不会立马结束
总结
c++为了解决不必要的内存拷贝带来的性能消耗,引入了“移动语义”,为了实现“移动语义”,在类中增加了移动拷贝构造和移动赋值操作,同时引入了新的参数类型:右值引用,而在真实使用场景,一般参数传递的都是左值,所以有了std::move函数,它可以将一个左值转化为右值引用,从而可以很方便的使用“移动语义”。