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什么是C++的移动语义，它的作用什么？

article 2024/11/25 17:42:07

移动语义（Move Semantics）是 C++11 引入的一项重要特性，它允许对象的资源（如堆上分配的内存）在不进行深度复制的情况下进行转移。通过移动语义，可以将对象的资源从一个对象转移到另一个对象，从而避免不必要的内存拷贝，提高程序性能和效率。

概念

右值和左值:

左值: 有固定地址的对象，可以在赋值中出现在等号左侧（例如，变量）。

右值: 临时对象或字面值，通常不能取地址，出现在赋值语句的右侧（例如，直接返回的结果）。

移动构造函数:

专门用于将临时对象的资源（例如动态分配的内存）“转移”到新对象上，而不是进行完整的复制。

移动赋值运算符:

用于在赋值时将右值的资源转移到左值，释放原有资源并接管右值的资源。

作用

提高性能: 移动语义允许程序员在对象的使用中避免不必要的深拷贝，从而提高性能。这在处理大型对象（如容器或复杂的数据结构）时尤为重要。
资源管理: 移动语义使得资源管理变得更加高效，特别是在涉及动态内存分配时。对象的生命周期可以更好地控制，避免内存泄漏和不必要的资源消耗。
简化代码: 移动语义简化了某些情况下的代码，特别是需要传递和返回大型对象时，代码更容易理解和维护。

示例

#include <iostream>  
#include <vector>  

class MyVector {  
public:  
    MyVector(size_t size) : data(new int[size]), size(size) {  
        std::cout << "Constructing MyVector of size " << size << std::endl;  
    }  
    
    // 移动构造函数  
    MyVector(MyVector&& other) noexcept : data(other.data), size(other.size) {  
        other.data = nullptr;  // 将原对象的指针设为空  
        other.size = 0;  
        std::cout << "Moving MyVector of size " << size << std::endl;  
    }  

    // 移动赋值运算符  
    MyVector& operator=(MyVector&& other) noexcept {  
        if (this != &other) {  
            delete[] data;  // 释放当前对象的内存  
            data = other.data; // 移动资源  
            size = other.size;  
            other.data = nullptr; // 将原对象的指针设为空  
            other.size = 0;  
            std::cout << "Moving assignment of MyVector of size " << size << std::endl;  
        }  
        return *this;  
    }  
    
    ~MyVector() {  
        delete[] data; // 释放资源  
        std::cout << "Destroying MyVector" << std::endl;  
    }  

private:  
    int* data;  
    size_t size;  
};  

int main() {  
    MyVector vec1(10);         // 构造一个对象  
    MyVector vec2 = std::move(vec1); // 移动构造  
    MyVector vec3(5);  
    vec3 = std::move(vec2);   // 移动赋值  
    
    return 0;  
}

输出：

Constructing MyVector of size 10
Moving MyVector of size 10
Constructing MyVector of size 5
Moving assignment of MyVector of size 10
Destroying MyVector
Destroying MyVector
Destroying MyVector

解释一下上面的代码:

1.构造函数: MyVector(size_t size) 用于初始化类的对象。
- data(new int[size])：动态分配一个大小为size的整数数组，并把其地址赋值给data指针。
- size(size)：初始化size成员变量。
- 构造时输出一条信息，表示正在构造指定大小的MyVector对象。

2.移动构造函数: MyVector(MyVector&& other) noexcept。
- 该构造函数使用右值引用MyVector&&接受一个MyVector对象，允许“盗取”该对象的资源。
- data(other.data)：将other对象的data指针移动到当前对象。
- size(other.size)：将other的size赋给当前对象。
- other.data = nullptr; 和 other.size = 0;：将other对象的资源指针设为nullptr，以避免意外访问释放后的内存。
- 输出信息表示正在移动MyVector。

3.移动赋值运算符: MyVector& operator=(MyVector&& other) noexcept。
- 与赋值操作符类似，但可以接收资源的右值引用。
- if (this != &other)：检查自我赋值，避免不必要的操作。
- delete[] data;：释放当前对象data指针指向的内存，防止内存泄漏。
- data = other.data; 和 size = other.size;：转移资源。
- 设置other对象的资源为空，防止other被错误使用。
- 输出信息，表示移动赋值。
main函数是程序的入口。
MyVector vec1(10);：创造一个大小为10的MyVector对象，这会调用构造函数。
MyVector vec2 = std::move(vec1);：通过std::move将vec1转换为右值，并调用移动构造函数，将vec1的资源移动到vec2中。这会清空vec1的资源。
MyVector vec3(5);：创建一个大小为5的MyVector对象。
vec3 = std::move(vec2);：通过移动赋值，将vec2的资源移动到vec3中，此时vec2的资源被置空。