移动构造函数与移动赋值函数

前言

拷贝构造函数创建了源对象的副本，但有些时候我们并不需要进行拷贝，而只需将源对象的资源移动到目标对象，因此C++11提供了一种新的构造方法——移动构造函数。其可以减少不必要的复制，带来性能上的提升。移动赋值函数则与移动构造函数类似，其允许将源对象的资源转移到目标对象中，并更新目标对象的状态。

移动构造函数

定义

移动的含义为：将源对象资源的控制权全部交给目标对象。
移动构造函数定义形式：

class_name(class_name && )右值引用传参

&&符号表示右值引用，下面介绍左值引用和右值引用的相关概念。

左值引用和右值引用

左值和右值

首先介绍左值和右值的概念。左值可以取地址，位于等号左边；而右值无法取地址，位于等号右边。可以通过如下两个示例理解：

int a = 5;

• a可以通过&取地址，所以a是左值
• 5无法通过&取地址，所以5是右值

struct A {
    A(int a = 0) {
        a_ = a;
    }
 
    int a_;
};
 
A a = A();

• a可以通过&取地址，所以a是左值
• A()是个临时值，无法通过&取地址，所以A()是个右值。

引用

引用的本质是别名，可以通过引用修改变量的值，在传参时避免拷贝。

左值引用指的是能指向左值，不能指向右值的引用。

int a = 5;
int &ref_a = a; // 左值引用指向左值，编译通过
int &ref_a = 5; // 左值引用指向了右值，会编译失败

左值引用是变量的别名，而右值没有地址，无法被修改，所以左值引用无法指向右值。但const左值引用可以指向右值：

const int &ref_a = 5; // 编译通过

const左值引用不会修改指向值，因此可以指向右值，这也是为什么要使用const type_name &作为函数参数的原因之一。

右值引用的标志是&&，可以指向右值，不能指向左值。

int &&ref_a_right = 5; // 编译通过

int a = 5;
int && ref_a_left = a; //编译不通过，右值引用不可以指向左值

ref_a_right = 6; // 右值引用的用途，可以修改右值

右值引用有办法指向左值吗？

可以通过std::move实现右值引用指向左值：

int a = 5; // a是一个左值
int &ref_a_left = a;
int &&ref_a_right = std::move(a); // 通过std::move将左值转换为右值，可以被右值引用指向

cout << a;

std::move并不会移动什么，只是将左值强制转化为右值，让右值引用可以指向左值。而变量a依然存在，因此并不会有性能提升。

移动构造函数详解

下面我们用一个示例来详细解释移动构造函数做了什么：

class MyClass {
public:
    int* data;

    // 移动构造函数
    MyClass(MyClass&& other) noexcept {
        data = other.data;      // 接管资源
        other.data = nullptr;   // 置空原对象资源，防止析构时释放
    }

    ~MyClass() {
        delete data;
    }
};

• other是一个右值引用对象
• data = other.data让目标对象获取other的资源，不需要new新内存
• other.data = nullptr，将源对象指向资源的指针置空，防止原对象other销毁时释放资源
  从上述示例中，我们可以得出移动构造函数可以实现不用复制资源，直接转移资源的所有权。这样一来避免了高代价的深拷贝，二来做到了零开销的资源转移。

为什么不用普通的引用而是使用右值引用？
如果使用普通引用&，程序无法区分传进来的对象是否还要继续使用。而右值引用是专门绑定右值对象的，可以放心的进行转移资源。

移动赋值函数

还是用一个例子来理解：

class Item{
    public:
    int* x;

    Item()=default;
    Item(int val){ x = new int(val);};
    Item(const Item& item){
        x = new int(*item.x);
        printf("copy\n");
    };
    Item(Item&& item){
        x = item.x;
        item.x = NULL;
        printf("move\n");
    };

    Item& operator=(const Item& item){
        if(this != &item){
            this->x = new int(*item.x);
        }
        printf("copy=\n");
        return *this;
    }

    // 移动赋值函数
    Item& operator=(Item&& item){
        if(this != &item){
            this->x = item.x;
            item.x = NULL;
        }
        printf("move=\n");
        return *this;
    }

    ~Item(){
        delete x;
    };
};

首先，观察移动赋值函数做了什么：

• 判断当前对象和传入的右值对象是否是同一个，如果不是同一个：
  • 将当前对象的资源指针指向传入对象的资源，并将传入对象的资源指针置空
• 返回当前对象
  可以看出移动赋值函数和移动构造函数的目的一致，都是将传入对象的资源转移到目标对象。但移动赋值函数会多做一步判断，如果传入对象不是当前对象才进行移动。

参考

C++移动构造函数
《C++中的移动构造函数与移动赋值运算符：高效编程的利器》
一文读懂C++右值引用和std::move