【C++】C++11（二）

统一热红茶2024-05-29 15:57

今天我们主要围绕右值进行炸开展开讲解！

目录

右值引用以及移动语义：

什么是左值引用与右值引用？

无论左值引用还是右值引用，都是给对象取别名。

左值与左值引用：

左值是一个表示数据的表达式(如变量名或解引用的指针)，我们可以获取它的地址+可以对它赋值（const左值对象除外）。定义时const修饰符后的左值，不能给他赋值，但是可以取它的地址。左值引用就是给左值的引用，给左值取别名。

右值与右值引用：

右值也是一个表示数据的表达式，如：字面常量、表达式返回值，函数返回值(这个不能是左值引用返回)等等，右值不能取地址。右值引用就是对右值的引用，给右值取别名。


注意 ：右值是不能取地址的，但是给右值取别名后，会导致右值被存储到特定位置，且可以取到该位置的地址，也就是说例如：不能取字面量10的地址，但是rr1引用后，可以对rr1取地址，也可以修改rr1。如果不想rr1被修改，可以用const int&& rr1 去引用，是不是感觉很神奇，这个了解一下实际中右值引用的使用场景并不在于此，这个特性也不重要。

左值引用与右值引用比较：

左值引用总结：

  1. 左值引用只能引用左值，不能引用右值。
  2. 但是const左值引用既可引用左值，也可引用右值。
cpp 复制代码 
int main()
{
	// 左值引用只能引用左值，不能引用右值。
	int a = 10;
	int& ra = a;
	//int& ra2 = 10;  // 编译失败，因为10是右值
	// const左值引用既可引用左值，也可引用右值。
	const int& ra3 = 10;
	const int& ra4 = a;
	return 0;
}

右值引用总结：

  1. 右值引用只能右值，不能引用左值。
  2. 但是右值引用可以move以后的左值。
cpp 复制代码 
int main()
{
	// 右值引用只能右值，不能引用左值。
	int&& r1 = 10;
	// error C2440: "初始化": 无法从"int"转换为"int &&"
	// message : 无法将左值绑定到右值引用
	int a = 10;
	int&& r2 = a;

	// 右值引用可以引用move以后的左值
	int&& r3 = std::move(a);

	return 0;
}

右值引用使用场景和意义：

那么左值引用既可以引用左值，加上const也可以引用右值，为什么要搞出来一个右值引用呢？

先说结论：是为了进行区分左值还是右值！编译器时钟都会自动匹配最适合的。

那么这么区分的意义是什么呢？

那我们需要先普及一个小知识：

右值通常分为

  • 纯右值
  • 将亡值

纯右值通常就是那些字面常量，

而将亡值通常是针对自定义类型的，为什么叫将亡值呢？

自定义类型右值对象一般是匿名对象、返回值、临时对象等，这些对象立马就会被释放

注意：内置类型也有将亡值哦

下图是个简要描述右值引用大概得用途，但是并没有详细说明怎么做到的，随后会通过代码一步一步分析：

我们现在有个string类（不完整）

cpp 复制代码 
namespace cyc
{
	class string
	{
	public:
		typedef char* iterator;
		iterator begin()
		{
			return _str;
		}
		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}
		string(const char* str = "")
			:_size(strlen(str))
			, _capacity(_size)
		{
			//cout << "string(char* str)" << endl;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}
		// s1.swap(s2)
		void swap(string& s)
		{
			::swap(_str, s._str);
			::swap(_size, s._size);
			::swap(_capacity, s._capacity);
		}
		// 拷贝构造
		string(const string& s)
			:_str(nullptr)
		{
			cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;
			string tmp(s._str);
			swap(tmp);
		}
		// 赋值重载
		string& operator=(const string& s)
		{
			cout << "string& operator=(string s) -- 深拷贝" << endl;
			string tmp(s);
			swap(tmp);
			return *this;
		}
		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				strcpy(tmp, _str);
				delete[] _str;
				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}
		void push_back(char ch)
		{
			if (_size >= _capacity)
			{
				size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				reserve(newcapacity);
			}
			_str[_size] = ch;
			++_size;
			_str[_size] = '\0';
		}
		//string operator+=(char ch)
		string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}
		
		string operator+(char ch)
		{
			string s1(_str);
			s1 += ch;
			return s1;
		}
		
		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity; // 不包含最后做标识的\0
	};
}

因为我们可以使用右值引用来区分左值与右值，便可以对右值进行一些小心思！

比如拷贝构造与赋值运算符重载

我们先来看移动拷贝

cpp 复制代码 
string(string&& s)
	:_str(nullptr)
{
	cout << "string(string&& s) -- 移动拷贝" << endl;
	swap(s);
}

没错，就这短短的一段代码就完成了资源的转移！

cpp 复制代码 
int main()
{
	cyc::string s1("hello world");

	cyc::string ret1 = s1; // 左值
	cyc::string ret2 = s1 + '!';// 右值

	return 0;
}

当没有写移动构造时：

当写了时：

这里就构成了移动构造。

我们简单来看一下他是怎样优化的，优化前后是怎样的

现在来看一看移动赋值：

cpp 复制代码 
string& operator=(string&& s)
{
	cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动语义" << endl;
	swap(s);
	return *this;
}

当没有实现移动构造与移动赋值时：

为什么会出现3次深拷贝呢？

因为我们的赋值本质上是复用拷贝构造（现代写法）。

再来看实现了移动构造与移动赋值

同样，我们一样分析一下编译器是如何进行优化的

于是此时我们可以进行一下总结：

左值引用与右值引用都是给对象取别名。

左值引用是直接减少拷贝，但有一些问题没有解决，比如传局部变量返回，对象拷贝问题。

而右值引用是间接减少拷贝，因为我们右值引用的存在，我们可以进行区分并对右值进行一些别的操作，比如移动构造，移动赋值（本质是资源的转移）。

STL中的验证（VS下）

我们的STL中也都存在了移动拷贝，移动赋值...

c++官网可查哦

可以清楚的看到将s1（原本为左值）move后进行拷贝构造，直接将资源进行了转移！

同样，移动赋值也是如此。

但是不仅仅只有如上，对于STL插入接口也有右值引用版本！

一个关于链表插入的形象示意图，可以看到我们push时直接将资源转移，而不是进行拷贝构造

完美转发：

好抽象的名字哈哈

观察如下代码与结果，为什么和我们当前的理解不一致？

明明存在的右值哪里去了，为什么右值属性丢失了呢？

回忆一下我们之前说过引用右值后，可以修改引用，这是不是太违背常理了呢？

其实不然，这样是有很大的深意de！

如果还是引用后还是右值，那么说明此时这个对象是不可修改的，那我们如何能转移这个对象的资源呢？

那么我们此时就有一个困扰了，有些情景下会要传多次右值，比如我们list的push_back（复用insert进行实现），此时就需要完美转发保存他的右值属性，否则虽然可以调用右值引用的push_back，但却无法调用右值引用的insert，最终造成还是左值引用的问题。

此时就需要完美转发来帮助我们！

在模板下使用forward<T>(目标对象)即可

cpp 复制代码 
void PerfectForward(T&& t)
{
	Fun(forward<T>(t));
}

关于const引用延长生命周期：

这个是C++11之前必须要有的东西，但有了右值引用后就不在这么必要了。

具体为什么请看讲解~

我们知道匿名对象的生命周期只有一行。

但是const引用后很明显的看到延长了Ref的生命周期。

那么这么做的目的到底是什么呢？

答案在于传参！

我们一般会穿匿名对象给类成员函数，而我们也会进行调用一些其中的成员，如果生命周期只有一行，那还怎么玩呢？

所以const& 延长生命周期是很有必要的。

那么我们直接使用const& 传值返回岂不是一个很妙的想法？哈哈

答案是不可以的，因为出了作用于局部变量就销毁了，即使我们可以访问，但也很有可能访问到的不是我们期望的值。

那我们只使用const& 接收呢？

答案是可以的，原因在于我们引用的是临时对象，而延长了生命周期。

新的类功能：

默认成员函数：

默认成员函数

原来C++类中，有6个默认成员函数：

  1. 构造函数
  2. 析构函数
  3. 拷贝构造函数
  4. 拷贝赋值重载
  5. 取地址重载
  6. const 取地址重载

最后重要的是前4个，后两个用处不大。默认成员函数就是我们不写编译器会生成一个默认的。

C++11 新增了两个：移动构造函数和移动赋值运算符重载。

针对移动构造函数和移动赋值运算符重载有一些需要注意的点如下：

如果你没有自己实现移动构造函数，且没有实现析构函数 、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个。那么编译器会自动生成一个默认移动构造。默认生成的移动构造函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动构造，如果实现了就调用移动构造，没有实现就调用拷贝构造。

如果你没有自己实现移动赋值重载函数，且没有实现析构函数 、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个，那么编译器会自动生成一个默认移动赋值。默认生成的移动构造函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动赋值，如果实现了就调用移动赋值，没有实现就调用拷贝赋值。(默认移动赋值跟上面移动构造完全类似)如果你提供了移动构造或者移动赋值，编译器不会自动提供拷贝构造和拷贝赋值。

cpp 复制代码 
class Person
{
public:
	Person(const char* name = "", int age = 0)
		:_name(name)
		, _age(age)
	{}
private:
	cyc::string _name;
	int _age;
};
int main()
{
	Person s1;
	Person s2 = s1;
	Person s3 = std::move(s1);
	Person s4;
	s4 = std::move(s2);
	return 0;
}

default：

强制生成默认函数的关键字default:

C++11可以让你更好的控制要使用的默认函数。假设你要使用某个默认的函数，但是因为一些原因这个函数没有默认生成。比如：我们提供了拷贝构造，就不会生成移动构造了，那么我们可以使用default关键字显示指定移动构造生成。

cpp 复制代码 
class Person
{
public:
	Person(const char* name = "", int age = 0)
		:_name(name)
		, _age(age)
	{}
	Person(const Person& p)
		:_name(p._name)
		, _age(p._age)
	{}
	Person(Person&& p) = default;
private:
	cyc::string _name;
	int _age;
};
int main()
{
	Person s1;
	Person s2 = s1;
	Person s3 = std::move(s1);
	return 0;
}

delete：

禁止生成默认函数的关键字delete:

如果能想要限制某些默认函数的生成，在C++98中，是该函数设置成private，并且只声明补丁已，这样只要其他人想要调用就会报错。在C++11中更简单，只需在该函数声明加上=delete即可，该语法指示编译器不生成对应函数的默认版本，称=delete修饰的函数为删除函数。

cpp 复制代码 
class Person
{
public:
	Person(const char* name = "", int age = 0)
		:_name(name)
		, _age(age)
	{}
	Person(const Person& p) = delete;
private:
	cyc::string _name;
	int _age;
};
int main()
{
	Person s1;
	Person s2 = s1;
	Person s3 = std::move(s1);
	return 0;
}

可变模板参数：

持续新~~~~

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