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[C++11] 类中新特性的添加

article 2024/11/13 12:33:33

默认的移动构造和移动赋值

在 C++11 之前，编译器会为每个类自动生成默认的构造函数、析构函数、拷贝构造函数、拷贝赋值运算符等函数，以实现对象的创建、销毁和拷贝操作。但拷贝操作会复制整个对象的数据，效率低，尤其是在处理大对象或动态分配的资源时。为了解决这一问题，C++11 引入了移动语义（Move Semantics），并提供了两个新的默认函数：移动构造函数和移动赋值运算符。

移动构造和移动赋值运算符的作用是通过“转移”资源来代替“复制”资源，提高效率。它们通常用于避免不必要的拷贝操作，尤其是当资源的原有所有者不再需要保留这些资源时。

生成规则

若类未定义析构函数、拷贝构造函数、拷贝赋值运算符或移动构造函数，编译器会自动生成默认的移动构造和移动赋值运算符。
若类包含自定义析构函数、拷贝构造函数或拷贝赋值运算符，则编译器不会自动生成移动构造和移动赋值运算符，除非显式指定 =default。

移动构造函数和移动赋值的行为

内置类型成员将按字节逐一拷贝。
自定义类型成员会优先调用它们的移动构造函数（若存在），否则调用拷贝构造函数。

也就是说，与其他的默认函数一样，自定义类型仍然需要看本身有没有实现相应的函数。

示例代码

#include <string>
#include <utility> // 包含std::move

class Person {
public:
    Person(const char* name = "", int age = 0)
        : _name(name), _age(age) {}

// 移动构造函数自动生成，因为未定义拷贝构造或赋值函数

private:
    std::string _name;
    int _age;
};

int main() {
    Person p1("Alice", 25);
    Person p2 = std::move(p1); // 触发移动构造
    
    return 0;
}

在上述代码中，std::move 将 p1 转换为右值引用（rvalue reference），指示编译器可以“转移”p1 的资源，而无需拷贝。p1 的数据会被移动到 p2，此操作避免了 p1 的拷贝过程。

注意

若类定义了移动构造函数或移动赋值运算符，编译器不会再自动生成拷贝构造函数和拷贝赋值运算符。

声明时给缺省值

在 C++11 之前，默认参数值只能在函数声明中给出，不能直接在成员变量定义时赋值。而 C++11 允许在类的成员变量声明时直接赋默认值，这一特性提高了代码的简洁性，并增强了初始化的灵活性。这样，在构造对象时，若未传入对应参数，成员变量会自动采用声明时指定的默认值。

示例代码

class Person {
public:
    Person(const char* name = "") : _name(name) {}

private:
    std::string _name = "DefaultName"; // 直接在声明中赋缺省值
    int _age = 18; // 默认值为 18
};

int main() {
    Person p; // _name 初始化为 "DefaultName"，_age 初始化为 18
    
    return 0;
}

通过在声明时赋值，减少了构造函数中初始化的代码量，避免重复设置默认值，提高了可读性。

`default` 和 `delete`

C++11 引入了 =default 和 =delete，提供更精细的控制：

=default：当类中定义了某个自定义函数（如拷贝构造），编译器不会自动生成移动构造函数。若希望保留自动生成的行为，可使用 =default 显式要求编译器生成该函数。
=delete：通过 =delete，可以禁用类的某些默认行为（如拷贝或赋值），例如禁用拷贝构造可以避免误用拷贝构造函数带来的资源分配问题。

示例代码：

class Person {
public:
Person(const char* name = "", int age = 0)
: _name(name), _age(age) {}

Person(const Person& p) = delete; // 禁用拷贝构造函数
Person(Person&& p) = default;      // 显式要求生成默认移动构造函数

private:
std::string _name;
int _age;
};

int main() {
    Person s1("Alice", 25);
    // Person s2 = s1; // 错误：拷贝构造函数被禁用
    Person s3 = std::move(s1); // 调用默认的移动构造函数
    return 0;
}

`final` 和 `override`

在 C++ 的继承和多态中，派生类可能会误写或错写基类的虚函数，导致未按预期覆盖基类的行为。C++11 提供了 final 和 override 关键字，帮助开发者更好地控制和检测继承链中的函数覆盖行为。

override：用于修饰派生类中的虚函数，表示这是对基类中同名虚函数的覆盖。如果函数签名不匹配，编译器会报错。
final：用于修饰类或虚函数，表示该类或虚函数不允许被进一步继承或重写。

示例代码

class Base {
public:
    virtual void display() const {
        std::cout << "Base class display" << std::endl;
    }

    virtual void show() const final { // 不允许派生类重写此函数
        std::cout << "Base class show" << std::endl;
    }
};

class Derived : public Base {
public:
    void display() const override { // 正确覆盖基类的display
        std::cout << "Derived class display" << std::endl;
    }
    // void show() const override; // 错误：不能重写final函数
};

// class FurtherDerived : public Derived final {}; // 不允许进一步派生