【C++】023、移动语义&深拷贝

一、移动语言是如何解决深拷贝的性能问题？

深拷贝会复制整个底层数据，让源对象和目标对象都拥有自己独立的堆内存空间
移动语义是转换底层资源的所有权，将源对象的指针指向目标对象，而不赋值底层数据，时间复杂都为1
移动语义将源对象的资源指针移动到目标对象，并将源对象指针设置为nullptr，这样源对象的析构操作就不会释放已经释放的资源了。

二、代码示例

移动构造函数，与移动赋值操作符函数实现

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <cstring>

class MyString {
private:
    char* m_data;
    size_t m_len;

public:
    // ---------- 构造函数 ----------
    MyString(const char* str = "") 
        : m_len(strlen(str)), m_data(new char[m_len + 1]) {
        strcpy(m_data, str);
    }

    // ---------- 析构函数 ----------
    ~MyString() {
        delete[] m_data;  // 如果 m_data 是 nullptr，安全无操作
    }

    // ==========================================
    // 1. 深拷贝构造（O(n)，昂贵）
    // ==========================================
    MyString(const MyString& other) 
        : m_len(other.m_len), m_data(new char[m_len + 1]) {
        strcpy(m_data, other.m_data);  // 申请内存 + 复制数据
        std::cout << "深拷贝构造（耗时 O(n)）" << std::endl;
    }

    // ==========================================
    // 2. 移动构造（O(1)，零开销）
    // ==========================================
    MyString(MyString&& other) noexcept 
        : m_data(other.m_data)    // ① 窃取指针（只复制地址）
        , m_len(other.m_len) {    // ② 窃取长度
        other.m_data = nullptr;   // ③ 关键！置空源对象，切断所有权
        other.m_len = 0;
        std::cout << "移动构造（O(1) 指针交换，未复制任何数据）" << std::endl;
    }

    // ==========================================
    // 3. 移动赋值（O(1)）对比深拷贝赋值
    // ==========================================
    MyString& operator=(MyString&& other) noexcept {
        if (this != &other) {
            delete[] m_data;          // 释放自己的旧资源（如果有）
            m_data = other.m_data;    // 窃取指针
            m_len = other.m_len;
            other.m_data = nullptr;   // 置空源对象
            other.m_len = 0;
            std::cout << "移动赋值（O(1)）" << std::endl;
        }
        return *this;
    }
};

外部调用代码

cpp 复制代码

int main() {
    std::cout << "========== 场景1：拷贝构造 vs 移动构造 ==========" << std::endl;
    {
        MyString s1("HelloWorld");          // 1. 普通构造（分配堆内存）
        MyString s2(s1);                    // 2. 深拷贝构造：申请新内存 + 复制10个字符
        MyString s3(std::move(s1));         // 3. 移动构造：只交换指针，O(1)！

        // 注意：s1 现在是一个"空壳"（m_data = nullptr），不能再读取其内容！
        // 如果取消下面这行注释，程序会崩溃（访问空指针）。
        // std::cout << "s1 内容: " << s1.c_str() << std::endl; 

        std::cout << "s2 内容: " << s2.c_str() << " (独立内存)" << std::endl;
        std::cout << "s3 内容: " << s3.c_str() << " (窃取了 s1 的资源)" << std::endl;
    } // 作用域结束：s1(空)、s2、s3 各自析构，不会双重释放！
    std::cout << std::endl;

三、移动语义操作中置空源对象的原因？

1、防止双重释放：

如果源对象的析构函数被调用时，m_data还指向原来的地址，他就会delete\[\]这块内存，而目标对象也指向这块地址，两个析构先后释放同一块内存，进程立即崩溃。

2、保证析构安全：

置空后，源对象的析构函数执行delete\[\] m_data，由于m_data是nullp，delete\[\]是无害的空操作。

四、移动构造函数使用noexcept的原因？

C++标准库承诺vector扩容必须提供强异常安全保证，也就是扩容过程中如果抛出异常，程序的状态必须安全地恢复到扩容前的状态
但是移动构造函数会将源对象置为空了，无法恢复
所以加noexcept，相当于向编译器承诺此操作不会抛异常，让stl容器放心地使用移动，从而达到最高性能。