10.Move Semantic

一、lvalues 和 rvalues 简介

• lvalue（左值）：具有持久存储地址的表达式或变量，可以位于赋值符号的左侧。
• rvalue（右值）：代表临时对象或无法标识的值，常出现在赋值符号的右侧，不能被赋值。

1.1 例子

int val = 2;                 // 2 是 r-value
int *ptr = &val;             // &val 是 r-value
vector<int> v1{1, 2, 3};     // 1, 2, 3 是 r-values

auto v4 = v1 + v2;           // v1 + v2 是 r-value
auto v5 = v1 += v4;          // v1 += v4 的结果是 lvalue

size_t size = v1.size();     // v1.size() 是 r-value
val = static_cast<int>(size);// static_cast<int>(size) 是 r-value

v1[1] = 4 * val;             // 4 * val 是 r-value

1.2 生命周期差异

• lvalue 的生命周期取决于其作用域。
• rvalue 的生命周期通常在表达式结束时即结束，除非被存储或绑定到引用延长。

1.3 lvalue 和 rvalue 引用

• lvalue 引用（T&）：绑定到 lvalues。
• rvalue 引用（T&&）：专门绑定到 rvalues。
• const lvalue 引用（const T&）：可以绑定到 lvalues 和 rvalues，常用于传递参数。

问题解答：对于 auto&& v4 = v1 + v2;，尽管 v4 绑定了一个 rvalue，v4 本身作为一个引用是 lvalue。

二、移动操作

移动语义允许从临时对象转移资源至新对象，减少资源的不必要复制，从而提高性能。

2.1 特殊成员函数

• 移动构造函数：从存在的 rvalue 创建新对象。
• 移动赋值操作符：用存在的 rvalue 替换现有对象。

2.2 示例

// 移动构造函数示例
MyVector(MyVector<T> &&other)
    : elems(std::move(other.elems)), logicalSize(other.logicalSize), allocatedSize(other.allocatedSize) {
    other.elems = nullptr;
}

// 移动赋值操作符示例
MyVector<T>& operator=(MyVector<T> &&rhs) {
    if (this != &rhs) {
        delete[] elems;
        elems = std::move(rhs.elems);
        rhs.elems = nullptr;
    }
    return *this;
}

注意：拷贝构造函数和拷贝赋值操作符的参数是 const T&，因此它们适用于 lvalues 和 rvalues。但如果你实现了一个接受 T&& 参数的移动构造函数和移动赋值操作符，那么编译器将为 rvalues 优先选择 T&&。

三、std::move简介

当执行移动操作时，正确使用 std::move 是实现有效移动语义的关键，因为它确保了资源能够被正确地移动而非拷贝。

3.1 移动操作的常见误区

让我们以 RandomBag 类为例来探讨一个常见的误区。RandomBag 类包含一个类型为 vector<int> 的成员变量 elems。

class RandomBag {
public:
    RandomBag();
private:
    vector<int> elems;
};

如果在移动赋值操作中直接赋值而不使用 std::move，如下所示：

RandomBag &RandomBag::operator=(RandomBag &&rhs) {
    if (this != &rhs) {
        elems = rhs.elems; // 这实际上是拷贝操作
    }
    return *this;
}

这里的误区在于，尽管 rhs 是 r-value 引用，但未经 std::move 处理，rhs.elems 在赋值时被视为 l-value，导致执行的是拷贝而非预期的移动操作。

3.2 正确使用 std::move

为了确保资源被移动，我们应该这样做：

elems = std::move(rhs.elems);

通过 std::move，rhs.elems 被转换为 r-value，触发 vector<int> 的移动赋值操作，从而实现资源的有效移动。重要的是要记住，std::move 本身不移动任何东西；它仅将其参数转换为 r-value，真正的移动操作依赖于移动构造函数或移动赋值操作符。

四、举例：通用的 swap 函数

template <typename T> 
void swap(T &a, T &b) noexcept {
    T temp = std::move(a);
    a = std::move(b);
    b = std::move(temp);
}

五、规则总结

• 规则五：如果你显式定义（或删除）了拷贝构造函数、拷贝赋值、移动构造函数、移动赋值或析构函数中的任何一个，你应该为所有五个定义（或删除）。
• 规则零：如果默认操作符工作正常，则不要定义自定义的特殊成员函数。

class RandomBag
{
  public:
    RandomBag();
    RandomBag(const RandomBag &other) = default;
    RandomBag(RandomBag &&other) = default;
    RandomBag &operator=(const RandomBag &rhs) = default;
    RandomBag &operator=(RandomBag &&rhs) = default;
    void add(int value);
    int removeRandom();

  private:
    vector<int> elems;
}

六、示例代码

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