2013-10-05 19:52  5979人阅读  评论(4)  收藏  举报

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C++（33） 

 

为了解决移动语义及完美转发问题，C++11标准引入了右值引用（rvalue reference）这一重要的新概念。右值引用采用T&&这一语法形式，比传统的引用T&（如今被称作左值引用 lvalue reference）多一个&。
如果把经由T&&这一语法形式所产生的引用类型都叫做右值引用，那么这种广义的右值引用又可分为以下三种类型：

• 无名右值引用
• 具名右值引用
• 转发型引用

无名右值引用和具名右值引用的引入主要是为了解决移动语义问题。
转发型引用的引入主要是为了解决完美转发问题。

 

无名右值引用（unnamed rvalue reference）是指由右值引用相关操作所产生的引用类型。
无名右值引用主要通过返回右值引用的类型转换操作产生， 其语法形式如下：
static_cast<T&&>(t)
标准规定该语法形式将把表达式 t 转换为T类型的无名右值引用。
无名右值引用是右值，标准规定无名右值引用和传统的右值一样具有潜在的可移动性，即它所占有的资源可以被移动（窃取）。

 

由于无名右值引用是右值，借助于类型转换操作产生无名右值引用这一手段，左值表达式就可以被转换成右值表达式。为了便于利用这一重要的转换操作，标准库为我们提供了封装这一操作的函数，这就是std::move()。
假设左值表达式 t 的类型为T&，利用以下函数调用就可以把左值表达式 t 转换为T类型的无名右值引用（右值，类型为T&&）。
std::move(t)

 

如果某个变量或参数被声明为T&&类型，并且T无需推导即可确定，那么这个变量或参数就是一个具名右值引用（named rvalue reference）。
具名右值引用是左值，因为具名右值引用有名字，和传统的左值引用一样可以用操作符&取地址。
与广义的右值引用相对应，狭义的右值引用仅限指具名右值引用。
传统的左值引用可以绑定左值，在某些情况下也可绑定右值。与此不同的是，右值引用只能绑定右值。
右值引用和左值引用统称为引用（reference），它们具有引用的共性，比如都必须在初始化时绑定值，都是左值等等。

1. struct X {};  
2. X a;  
3. X&& b = static_cast<X&&>(a);  
4. X&& c = std::move(a);  
5. //static_cast<X&&>(a) 和 std::move(a) 是无名右值引用，是右值  
6. //b 和 c 是具名右值引用，是左值  
7. X& d = a;  
8. X& e = b;  
9. const X& f = c;  
10. const X& g = X();  
11. X&& h = X();  
12. //左值引用d和e只能绑定左值（包括传统左值：变量a以及新型左值：右值引用b）  
13. //const左值引用f和g可以绑定左值（右值引用c），也可以绑定右值（临时对象X()）  
14. //右值引用b，c和h只能绑定右值（包括新型右值：无名右值引用std::move(a)以及传统右值：临时对象X()）  

 

有时我们需要在函数中区分参数的左右值属性，根据参数左右值属性的不同做出不同的处理。适当地采用左右值重载策略，借助于左右值引用参数不同的绑定特性，我们可以利用函数重载来做到这一点。常见的左右值重载策略如下： 即在函数重载中分别重载const左值引用和右值引用。
重载const左值引用的为左值版本，这是因为const左值引用参数能绑定左值，而右值引用参数不能绑定左值。
重载右值引用的为右值版本，这是因为虽然const左值引用参数和右值引用参数都能绑定右值，但标准规定右值引用参数的绑定优先度要高于const左值引用参数。

 

在类的构造器和赋值运算符中运用上述左右值重载策略，就会产生两个新的特殊成员函数：移动构造器（move constructor）和移动赋值运算符（move assignment operator）。

 

无名右值引用和具名右值引用的引入主要是为了解决移动语义问题。
移动语义问题是指在某些特定情况下（比如用右值来赋值或构造对象时）如何采用廉价的移动语义替换昂贵的拷贝语义的问题。
移动语义（move semantics）是指某个对象接管另一个对象所拥有的外部资源的所有权。移动语义需要通过移动（窃取）其他对象所拥有的资源来完成。移动语义的具体实现（即一次that对象到this对象的移动（move））通常包含以下若干步骤：

• 如果this对象自身也拥有资源，释放该资源
• 将this对象的指针或句柄指向that对象所拥有的资源
• 将that对象原本指向该资源的指针或句柄设为空值

上述步骤可简单概括为①释放this（this非空时）②移动that
移动语义通常在移动构造器和移动赋值运算符中得以具体实现。两者的区别在于移动构造对象时this对象为空因而①释放this无须进行。

与移动语义相对，传统的拷贝语义（copy semantics）是指某个对象拷贝（复制）另一个对象所拥有的外部资源并获得新生资源的所有权。拷贝语义的具体实现（即一次that对象到this对象的拷贝（copy））通常包含以下若干步骤：

• 如果this对象自身也拥有资源，释放该资源
• 拷贝（复制）that对象所拥有的资源
• 将this对象的指针或句柄指向新生的资源
• 如果that对象为临时对象（右值），那么拷贝完成之后that对象所拥有的资源将会因that对象被销毁而即刻得以释放

上述步骤可简单概括为①释放this（this非空时）②拷贝that③释放that（that为右值时）
拷贝语义通常在拷贝构造器和拷贝赋值运算符中得以具体实现。两者的区别在于拷贝构造对象时this对象为空因而①释放this无须进行。

比较移动语义与拷贝语义的具体步骤可知，在赋值或构造对象时，

• 如果源对象that为左值，由于两者效果不同（移动that ≠ 拷贝that），此时移动语义不能用来替换拷贝语义。
• 如果源对象that为右值，由于两者效果相同（移动that ＝ 拷贝that ＋ 释放that），此时廉价的移动语义（通过指针操作来移动资源）便可以用来替换昂贵的拷贝语义（生成，拷贝然后释放资源）。

由此可知，只要在进行相关操作（比如赋值或构造）时，采取适当的左右值重载策略区分源对象的左右值属性，根据其左右值属性分别采用拷贝语义和移动语义，移动语义问题便可以得到解决。

下面用MemoryBlock这个自我管理内存块的类来具体说明移动语义问题。