C++11中std::move、std::forward、左右值引用、移动构造函数的测试问题

C++11中move、forward、左右值引用、移动构造函数的测试问题

在 C++11 以前，当对象传递给函数时会发生对象的拷贝和移动，对于大对象的操作会对性能造成很大的影响。在 C++11 中，引入了右值引用和 move 语义，使得对象的复制和移动均可以通过引用来进行操作，避免了额外的拷贝操作，提高了程序的性能。而 std::forward 语义则是为了解决“完美转发”的问题，它可以精确地将参数“传递”给下一个函数。

左值和右值

在 C++ 中，表达式一般被分为左值和右值两种类型。左值指的是可以从表达式获取实际的地址的变量，如普通变量、数组、指针等等；右值指的是不能获取实际地址的表达式，如数值字面常量、函数的返回值、表达式计算结果等等。

C++11 中，加入了右值引用，它是指类型为 && 的引用。右值引用的意义在于，它可以将一个对象绑定到一个即将销毁的右值上，从而调用移动构造函数来获取该对象的数据成员或资源，并将其占取，提高程序的性能。

下面是一个例子，展示了左值和右值的区别：

#include <iostream>
using namespace std;

void printVal(int& a)
{
    cout << "This is a Left Ref value: " << a << endl;
}

void printVal(int&& a)
{
    cout << "This is a Right Ref value: " << a << endl;
}

int main()
{
    int x = 10;
    printVal(x);
    printVal(20);
    return 0;
}

输出结果为：

This is a Left Ref value: 10
This is a Right Ref value: 20

move 语义

对于右值引用的类型，为了更高效地进行修改，引入了 std::move 函数。std::move 是一个强制类型转换函数，可以将一个左值转换为右值引用。

move 语义的作用显而易见，就是进行移动构造，将一个对象的资源转移到另一个对象中，避免对象之间的拷贝操作。使用 std::move 可以将一个对象的所有权在不拷贝数据的情况下，从一个对象转移到另一个对象。下面是一个例子，展示了如何使用 std::move 实现移动构造：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

class Student  
{
  public:
    string name;
    int age;
    // 构造函数
    Student(string name = "", int age = 0): name(name), age(age) {}
    // 拷贝构造函数
    Student(const Student& st)  
    {
        name = st.name;  
        age = st.age;  
        cout << "Copy Constructor Called" << endl;  
    }
    // 移动构造函数
    Student(Student&& st) noexcept  
    {
        name = std::move(st.name);
        age = std::move(st.age);  
        cout << "Move Constructor Called" << endl;  
    }
};

int main()
{
    Student st1("Tom", 18);
    Student st2(std::move(st1));
    return 0;
}

输出结果为：

Move Constructor Called

可以看到，使用 std::move 将 st1 的所有权转移给了 st2，避免了拷贝操作，提高了性能。

forward 语义

C++ 中，模板函数常常用于处理类型不确定的变量。但是，如果在模板函数中，我们希望将参数传递给其他函数时，需要确定其类型，这就会产生问题。为了解决这个问题，C++11 中引入了 std::forward 函数，它可以将模板函数的参数转发到其他函数中，并且保留参数的左右值属性。

std::forward 的实现原理非常简单，基本上就是根据参数的左右值属性，选择不同的静态强制类型转换。下面是一个例子，演示了 std::forward 的用法：

#include <iostream>
using namespace std;

void printValue(int& n)
{
    cout << "lvalue print: " << n << endl;
}

void printValue(int&& n)
{
    cout << "rvalue print: " << n << endl;
}

template<typename T>
void forwardValue(T&& value)
{
    cout << "template T is: " << typeid(T).name() << endl;
    cout << "forward value is: " << value << ", type is :" << typeid(value).name() << endl;
    printValue(std::forward<T>(value));
}

int main()
{
    int a = 10;
    forwardValue(a); //左值
    forwardValue(20); //右值
    return 0;
}

输出结果为：

template T is: int&
forward value is: 10, type is :int&
lvalue print: 10
template T is: int
forward value is: 20, type is :int
rvalue print: 20

可以看到，std::forward 可以帮助我们将参数类型推导出来，并将左右值属性进行转发。

总结

对于 C++11 中的 move、forward、左右值引用、移动构造函数等等，需要特别注意以下几点：

• 左值和右值的区分
• std::move 的作用，实现移动构造
• std::forward 的作用，实现参数的完美转发
• 移动构造函数的实现

通过这些基础知识的掌握，可以更好地理解和使用 C++11 中的特性，提高程序的效率和性能。