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C++11(右值引用和移动语义)

目录

1. 基本概念

1.1 什么是左值?什么是左值引用

1.2 什么是右值?什么是右值引用

1.3 左值引用和右值引用比较

2. 右值引用使用场景和意义

2.1 左值引用的使用场景

2.2 左值引用的短板

2.3 右值引用的移动语义

2.4 右值引用引用左值及其一些更深入的使用场景分析

3. 右值引用对象本身的属性

4. 完美转发

4.1 万能引用

4.2 完美转发保存值的属性

4.3 完美转发的使用场景

4.4 move和完美转发的区别

5. 习题


1. 基本概念

传统的C++语法中就有引用的语法,而C++11中新增了的右值引用语法特性,所以从现在开始我们 之前学习的引用就叫做左值引用。无论左值引用还是右值引用,都是给对象取别名。

1.1 什么是左值?什么是左值引用

左值是一个表示数据的表达式(如变量名或解引用的指针),我们可以获取它的地址+可以对它赋 值,左值可以出现赋值符号的左边,右值不能出现在赋值符号左边。定义时const修饰符后的左 值,不能给他赋值,但是可以取它的地址。左值引用就是给左值的引用,给左值取别名。

简单来说,只要能满足这三个条件中的其中一个,那一定是左值

  1. 能取地址
  2. 有名字
  3. 能赋值
int main()
{
	// 以下的p、b、c、*p都是左值
	int* p = new int(0);
	int b = 1;
	const int c = 2;
	// 以下几个是对上面左值的左值引用
	int*& rp = p;
	int& rb = b;
	const int& rc = c;
	int& pvalue = *p;
	return 0;
}

1.2 什么是右值?什么是右值引用

右值也是一个表示数据的表达式,如:字面常量、表达式返回值,函数返回值(这个不能是左值引 用返回)等等,右值可以出现在赋值符号的右边,但是不能出现出现在赋值符号的左边,右值不能 取地址。右值引用就是对右值的引用,给右值取别名。

右值特点:临时的,不能取地址,不能赋值

int main()
{
	double x = 1.1, y = 2.2;
	// 以下几个都是常见的右值
	10;
	x + y;
	fmin(x, y);
	// 以下几个都是对右值的右值引用
	int&& rr1 = 10;
	double&& rr2 = x + y;
	double&& rr3 = fmin(x, y);
	// 这里编译会报错:error C2106: “=”: 左操作数必须为左值
	10 = 1;
	x + y = 1;
	fmin(x, y) = 1;
	return 0;
}

1.3 左值引用和右值引用比较

左值引用总结:

  1. 左值引用只能引用左值,不能引用右值。
  2. 但是const左值引用既可引用左值,也可引用右值。
int main()
{
	// 左值引用只能引用左值,不能引用右值。
	int a = 10;
	int& ra1 = a; //ra1为a的别名
	//int& ra2 = 10;   // 编译失败,因为10是右值
	// const左值引用既可引用左值,也可引用右值。
	const int& ra3 = 10;
	const int& ra4 = a;
	return 0;
}

右值引用总结:

  1. 右值引用只能右值,不能引用左值。
  2. 但是右值引用可以move以后的左值。
  3. move的本质是强制类型转换
int main()
{
	// 右值引用只能右值,不能引用左值。
	int&& r1 = 10;

	// error C2440: “初始化”: 无法从“int”转换为“int &&”
	// message : 无法将左值绑定到右值引用
	int a = 10;
	int&& r2 = a;
	// 右值引用可以引用move以后的左值
	int&& r3 = std::move(a);
	return 0;
}

2. 右值引用使用场景和意义

前面我们可以看到左值引用既可以引用左值和又可以引用右值,那为什么C++11还要提出右值引 用呢?是不是化蛇添足呢?下面我们来看看左值引用的短板,右值引用是如何补齐这个短板的!

为了更好的说明问题,这里需要借助一个深拷贝的类,下面模拟实现了一个简化版的string类。类当中实现了一些基本的成员函数,并在string的拷贝构造函数和赋值运算符重载函数当中打印了一条提示语句,这样当调用这两个函数时我们就能够知道。

代码如下:

namespace hxh
{
	class string
	{
	public:
		typedef char* iterator;
		iterator begin()
		{
			return _str;
		}
		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}

		typedef const char* const_iterator;
		const_iterator begin() const
		{
			return _str;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _str + _size;
		}

		string(const char* str = "")
			:_size(strlen(str))
			, _capacity(_size)
		{
			cout << "string(char* str)" << endl;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}

		// s1.swap(s2)
		void swap(string& s)
		{
			::swap(_str, s._str);
			::swap(_size, s._size);
			::swap(_capacity, s._capacity);
		}

		// 拷贝构造
		// s2(s1)
		string(const string& s)
			:_str(nullptr)
		{
			cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;

			reserve(s._capacity);
			for (auto ch : s)
			{
				push_back(ch);
			}
		}

		// 赋值重载
		string& operator=(const string& s)
		{
			cout << "string& operator=(const string& s) -- 深拷贝" << endl;
			if (this != &s)
			{
				_str[0] = '\0';
				_size = 0;

				reserve(s._capacity);
				for (auto ch : s)
				{
					push_back(ch);
				}
			}

			return *this;
		}

		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}

		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				if (_str)
				{
					strcpy(tmp, _str);
					delete[] _str;
				}
				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}

		void push_back(char ch)
		{
			if (_size >= _capacity)
			{
				size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				reserve(newcapacity);
			}

			_str[_size] = ch;
			++_size;
			_str[_size] = '\0';
		}

		//string operator+=(char ch)
		string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}

		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}
	private:
		char* _str = nullptr;
		size_t _size = 0;
		size_t _capacity = 0; // 不包含最后做标识的\0
	};
}

2.1 左值引用的使用场景

在说明左值引用的短板之前,我们先来看看左值引用的使用场景:

  • 左值引用做参数,防止传参时进行拷贝操作。
  • 左值引用做返回值,防止返回时对返回对象进行拷贝操作。
void func1(hxh::string s)
{}
void func2(const hxh::string& s)
{}
int main()
{
	hxh::string s("hello world");
	func1(s);  //值传参
	func2(s);  //左值引用传参

	s += 'X';  //左值引用返回
	return 0;
}

因为我们模拟实现是string类的拷贝构造函数当中打印了提示语句,因此运行代码后通过程序运行结果就知道,值传参时调用了string的拷贝构造函数。

此外,因为string的+=运算符重载函数是左值引用返回的,因此在返回+=后的对象时不会调用拷贝构造函数,但如果将+=运算符重载函数改为传值返回,那么重新运行代码后你就会发现多了一次拷贝构造函数的调用。

我们都知道string的拷贝是深拷贝,深拷贝的代价是比较高的,我们应该尽量避免不必要的深拷贝操作,因此这里左值引用起到的作用还是很明显的。

所以引用的意义就是减少拷贝

左值引用解决的场景:引用传参/引用传返回值

2.2 左值引用的短板

但是当函数返回对象是一个局部变量,出了函数作用域就不存在了,就不能使用左值引用返回, 只能传值返回。例如:hxh::string to_string(int value)函数中可以看到,这里只能使用传值返回, 传值返回会导致至少1次拷贝构造(如果是一些旧一点的编译器可能是两次拷贝构造)。

namespace hxh
{
	hxh::string to_string(int value)
	{
		bool flag = true;
		if (value < 0)
		{
			flag = false;
			value = 0 - value;
		}
		hxh::string str;
		while (value > 0)
		{
			int x = value % 10;
			value /= 10;
			str += ('0' + x);
		}
		if (flag == false)
		{
			str += '-';
		}
		std::reverse(str.begin(), str.end());
		return str;
	}
}
int main()
{
	// 在bit::string to_string(int value)函数中可以看到,这里
	// 只能使用传值返回,传值返回会导致至少1次拷贝构造(如果是一些旧一点的编译器可能是两次拷贝构造)。
	hxh::string ret1 = hxh::to_string(1234);
	hxh::string ret2 = hxh::to_string(-1234);
	return 0;
}

C++11提出右值引用就是为了解决左值引用的这个短板的,但解决方式并不是简单的将右值引用作为函数的返回值。

2.3 右值引用的移动语义

右值引用和移动语句解决上述问题的方式就是,给当前模拟实现的string类增加移动构造和移动赋值方法。

移动构造

移动构造是一个构造函数,该构造函数的参数是右值引用类型的,移动构造本质就是将传入右值的资源窃取过来,占为己有,这样就避免了进行深拷贝,所以它叫做移动构造,就是窃取别人的资源来构造自己的意思。

在当前的string类中增加一个移动构造函数,该函数要做的就是调用swap函数将传入右值的资源窃取过来,为了能够更好的得知移动构造函数是否被调用,可以在该函数当中打印一条提示语句。

namespace hxh
{
	class string
	{
	public:
		//移动构造
		string(string&& s)
		{
			cout << "string(string&& s) -- 移动构造" << endl;
			swap(s);
		}
	private:
		char* _str = nullptr;
		size_t _size = 0;
		size_t _capacity = 0;// 不包含最后做标志的\0
	};
}

移动构造和拷贝构造的区别:

  • 在没有增加移动构造之前,由于拷贝构造采用的是const左值引用接收参数,因此无论拷贝构造对象时传入的是左值还是右值,都会调用拷贝构造函数。
  • 增加移动构造之后,由于移动构造采用的是右值引用接收参数,因此如果拷贝构造对象时传入的是右值,那么就会调用移动构造函数(最匹配原则)。
  • string的拷贝构造函数做的是深拷贝,而移动构造函数中只需要调用swap函数进行资源的转移,因此调用移动构造的代价比调用拷贝构造的代价小。

给string类增加移动构造后,对于返回局部string对象的这类函数,在返回string对象时就会调用移动构造进行资源的移动,而不会再调用拷贝构造函数进行深拷贝了。比如:

int main()
{
	hxh::string s = hxh::to_string(1234);
	return 0;
}

说明一下:

  • 虽然to_string当中返回的局部string对象是一个左值,但由于该string对象在当前函数调用结束后就会立即被销毁,我可以把这种即将被消耗的值叫做“将亡值”,比如匿名对象也可以叫做“将亡值”。
  • 既然“将亡值”马上就要被销毁了,那还不如把它的资源转移给别人用,因此编译器在识别这种“将亡值”时会将其识别为右值,这样就可以匹配到参数类型为右值引用的移动构造函数。
  • str本质还是左值,可以取地址,但因为出了作用域就销毁了,所以返回是编译器底层做了优化,可以理解是move(str)

编译器做的优化

实际当一个函数在返回局部对象时,会先用这个局部对象拷贝构造出一个临时对象,然后再用这个临时对象来拷贝构造我们接收返回值的对象。如下:

因此按道理来说,在C++11标准出来之前这里应该调用两次string的拷贝构造函数,但最终被编译器优化成了一次,减少了一次无意义的深拷贝。(并不是所有的编译器都做了这个优化)

在C++11出来之后,编译器的这个优化仍然起到了作用。

  • 如果编译器不优化这里应该调用两次移动构造,第一次调用移动构造用返回的局部string对象构造出一个临时对象,第二次调用移动构造用这个临时对象构造接收返回值的对象。
  • 而经过编译器优化后,最终这两次移动构造就被优化成了一次,也就是直接将返回的局部string对象的资源移动给了接收返回值的对象。

但如果我们有了移动构造后,那传str返回的代价相比于拷贝构造就会少很多,因为移动构造是掠夺亡值的资源,而拷贝构造却要开辟跟str一样大的空间。

这里需要说明的是,对于返回局部对象的函数,就算只是调用函数而不接收该函数的返回值,也会存在一次拷贝构造或移动构造,因为函数的返回值不管你接不接收都必须要有,而当函数结束后该函数内的局部对象都会被销毁,所以就算不接收函数的返回值也会调用一次拷贝构造或移动构造生成临时对象。

 移动赋值

移动赋值是一个赋值运算符重载函数,该函数的参数是右值引用类型的,移动赋值也是将传入右值的资源窃取过来,占为己有,这样就避免了深拷贝,所以它叫移动赋值,就是窃取别人的资源来赋值给自己的意思。

在当前的string类中增加一个移动赋值函数,该函数要做的就是调用swap函数将传入右值的资源窃取过来,为了判断移动赋值函数是否被调用,可以在该函数中打印一条提示语句。

namespace hxh
{
	class string
	{
	public:
		//移动赋值
		string& operator=(string&& s)
		{
			cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动赋值" << endl;
			swap(s);
			return *this;
		}
	private:
		char* _str = nullptr;
		size_t _size = 0;
		size_t _capacity = 0;
	};
}

 移动赋值和原有operator=函数的区别:

  • 在没有增加移动赋值之前,由于原有operator=函数采用的是const左值引用接收参数,因此无论赋值时传入的是左值还是右值,都会调用原有的operator=函数。
  • 增加移动赋值之后,由于移动赋值采用的是右值引用接收参数,因此如果赋值时传入的是右值,那么就会调用移动赋值函数(最匹配原则)。
  • string原有的operator=函数做的是深拷贝,而移动赋值函数中只需要调用swap函数进行资源的转移,因此调用移动赋值的代价比调用原有operator=的代价小。

现在给string增加移动构造和移动赋值以后,就算是用一个已经定义过的string对象去接收to_string函数的返回值,此时也不会存在深拷贝。比如:

int main()
{
	hxh::string s;
	//...
	s = hxh::to_string(1234);

	return 0;
}

此时当to_string函数返回局部的string对象时,会先调用移动构造生成一个临时对象,然后再调用移动赋值将临时对象的资源转移给我们接收返回值的对象,这个过程虽然调用了两个函数,但这两个函数要做的只是资源的移动,而不需要进行深拷贝,大大提高了效率。

这里和上面的区别就是一个s1是用to_string(1234)来构造的,一个是s1已经构造出来了,然后要调用移动赋值来获取to_string(1234)返回的临时对象中的资源

2.4 右值引用引用左值及其一些更深入的使用场景分析

按照语法,右值引用只能引用右值,但右值引用一定不能引用左值吗?因为:有些场景下,可能 真的需要用右值去引用左值实现移动语义。当需要用右值引用引用一个左值时,可以通过move 函数将左值转化为右值。C++11中,std::move()函数位于 头文件中,该函数名字具有迷惑性, 它并不搬移任何东西,唯一的功能就是将一个左值强制转化为右值引用,然后实现移动语义。

template<class _Ty>
inline typename remove_reference<_Ty>::type&& move(_Ty&& _Arg) _NOEXCEPT
{
	// forward _Arg as movable
	return ((typename remove_reference<_Ty>::type&&)_Arg);
}

int main()
{
	bit::string s1("hello world");
	// 这里s1是左值,调用的是拷贝构造
	bit::string s2(s1);
	// 这里我们把s1 move处理以后, 会被当成右值,调用移动构造
	// 但是这里要注意,一般是不要这样用的,因为我们会发现s1的
	// 资源被转移给了s3,s1被置空了。
	bit::string s3(std::move(s1));//即使s1是左值,但这里move(s1)后,还是会把s1的资源转走
	return 0;
}

STL容器插入接口函数也增加了右值引用版本:

int main()
{
	list<string> lt;
	string s("1111");

	lt.push_back(s); //调用string的拷贝构造

	lt.push_back("2222");             //调用string的移动构造(隐式类型转换,根据传来的参数构造出string的临时对象)
	lt.push_back(string("3333")); //调用string的移动构造(匿名对象)
	lt.push_back(move(s));       //调用string的移动构造(move左值)
	return 0;
}

list容器的push_back函数需要先构造一个结点,然后将该结点插入到底层的双链表当中。

  • 在C++11之前list容器的push_back接口只有一个左值引用版本,因此在push_back函数中构造结点时,这个左值只能匹配到string的拷贝构造函数进行深拷贝。
  • 而在C++11出来之后,string类提供了移动构造函数,并且list容器的push_back接口提供了右值引用版本,此时如果传入push_back函数的string对象是一个右值,那么在push_back函数中构造结点时,这个右值就可以匹配到string的移动构造函数进行资源的转移,这样就避免了深拷贝,提高了效率。
  • 上述代码中的插入第一个元素时就会匹配到push_back的左值引用版本,在push_back函数内部就会调用string的拷贝构造函数进行深拷贝,而插入后面三个元素时由于传入的是右值,因此会匹配到push_back的右值引用版本,此时在push_back函数内部就会调用string的移动构造函数进行资源的转移。

3. 右值引用对象本身的属性

s是右值引用,那s本身的属性是左值还是右值呢?

答案是左值,因为只有右值引用本身的属性是左值,那才能转移他的资源。Swap(s)

补充:

深拷贝的移动构造有意义,那如果是自己实现的Date日期类,实现移动构造和拷贝构造其实都差不多,相当于是赋值操作,而如果是深拷贝那我们是把将亡值内的资源进行一个交换,那我们就不用像拷贝构造一样,开一模一样的空间进行数据的插入(减少拷贝)

4. 完美转发

4.1 万能引用

模板中的&&不代表右值引用,而是万能引用,其既能接收左值又能接收右值。比如:

template<class T>
void PerfectForward(T&& t)
{
	//...
}

右值引用和万能引用的区别就是,右值引用需要是确定的类型,而万能引用是根据传入实参的类型进行推导,如果传入的实参是一个左值,那么这里的形参t就是左值引用,如果传入的实参是一个右值,那么这里的形参t就是右值引用。

函数模板中T&&代表的是万能引用,这个是根据传过来的值去做推到的

而为什么库里面写push_back中要写2份呢?

因为list是类模板(list中插入数据类型可能是不同的),类被实例化后类型就确定了

如果我们在模板类中实现函数模板  template<class T>  push_back(T&& T),那push_back中的类型万能引用了

下面重载了四个Func函数,这四个Func函数的参数类型分别是左值引用、const左值引用、右值引用和const右值引用。在主函数中调用PerfectForward函数时分别传入左值、右值、const左值和const右值,在PerfectForward函数中再调用Func函数。如下:

void Func(int& x)
{
	cout << "左值引用" << endl;
}
void Func(const int& x)
{
	cout << "const 左值引用" << endl;
}
void Func(int&& x)
{
	cout << "右值引用" << endl;
}
void Func(const int&& x)
{
	cout << "const 右值引用" << endl;
}
template<class T>
void PerfectForward(T&& t)
{
	Func(t);
}
int main()
{
	int a = 10;
	PerfectForward(a);       //左值
	PerfectForward(move(a)); //右值

	const int b = 20;
	PerfectForward(b);       //const 左值
	PerfectForward(move(b)); //const 右值

	return 0;
}

由于PerfectForward函数的参数类型是万能引用,因此既可以接收左值也可以接收右值,而我们在PerfectForward函数中调用Func函数,就是希望调用PerfectForward函数时传入左值、右值、const左值、const右值,能够匹配到对应版本的Func函数。

  • 但实际调用PerfectForward函数时传入左值和右值,最终都匹配到了左值引用版本的Func函数,调用PerfectForward函数时传入const左值和const右值,最终都匹配到了const左值引用版本的Func函数。
  • 根本原因我上面其实已经讲过了,就是右值引用对象本身属性是左值,所以Fun(t)只会匹配左值版本

也就是说,右值经过一次参数传递后其属性会退化成左值,如果想要在这个过程中保持右值的属性,就需要用到完美转发。

4.2 完美转发保存值的属性

std::forward 完美转发在传参的过程中保留对象原生类型的属性,因此为了解决上面因为右值传参退化成左值又要进行传递的问题,这里使用完美转发就能解决此类问题

template<class T>
void PerfectForward(T&& t)
{
	Func(std::forward<T>(t));
}

首先完美转发也是类模板

完美转发功能(以上述问题为例子):

  1. 模板实例化是左值引用,保持属性直接传参给Fun
  2. 模板实例化是右值引用,右值引用属性会退化成左值,转换成右值属性在传参给Fun

经过完美转发后,调用PerfectForward函数时传入的是右值就会匹配到右值引用版本的Func函数,传入的是const右值就会匹配到const右值引用版本的Func函数,这就是完美转发的价值。

4.3 完美转发的使用场景

下面模拟实现了一个简化版的list类,类当中分别提供了左值引用版本和右值引用版本的push_back和insert函数。

代码如下:

#pragma once
namespace hxh
{
	template<class T>
	struct ListNode
	{
		ListNode<T>* _next;
		ListNode<T>* _prev;

		T _data;

		ListNode(const T& data = T())
			:_next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
			, _data(data)
		{}

		ListNode(T&& data)
			:_next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
			, _data(forward<T>(data))
		{}

	};

	template<class T, class Ref, class Ptr>
	struct ListIterator
	{
		typedef ListNode<T> Node;
		typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;
		Node* _node;

		ListIterator(Node* node)
			:_node(node)
		{}

		// ++it;
		Self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}

		Self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}

		Self operator++(int)
		{
			Self tmp(*this);
			_node = _node->_next;

			return tmp;
		}

		Self& operator--(int)
		{
			Self tmp(*this);
			_node = _node->_prev;

			return tmp;
		}

		Ref operator*()
		{
			return _node->_data;
		}

		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_data;
		}

		bool operator!=(const Self& it)
		{
			return _node != it._node;
		}

		bool operator==(const Self& it)
		{
			return _node == it._node;
		}
	};

	
	template<class T>
	class list
	{
		typedef ListNode<T> Node;
	public:

		typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;
		typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;

		iterator begin()
		{
			//iterator it(_head->_next);
			//return it;
			return iterator(_head->_next);
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return const_iterator(_head->_next);
		}

		iterator end()
		{
			return iterator(_head);
		}

		const_iterator end() const
		{
			return const_iterator(_head);
		}

		void empty_init()
		{
			_head = new Node();
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
		}

		list()
		{
			empty_init();
		}

		list(initializer_list<T> il)
		{
			empty_init();

			for (const auto& e : il)
			{
				push_back(e);
			}
		}


		// lt2(lt1)
		list(const list<T>& lt)
		{
			empty_init();

			for (const auto& e : lt)
			{
				push_back(e);
			}
		}

		// lt1 = lt3
		list<T>& operator=(list<T> lt)
		{
			swap(_head, lt._head);

			return *this;
		}

		~list()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}

		void clear()
		{
			auto it = begin();
			while (it != end())
			{
				it = erase(it);
			}
		}

		void push_back(const T& x)
		{
			insert(end(), x);
		}

		void push_back(T&& x)
		{
			insert(end(), move(x));
		}

		void pop_back()
		{
			erase(--end());
		}

		void push_front(const T& x)
		{
			insert(begin(), x);
		}

		void pop_front()
		{
			erase(begin());
		}

		 //没有iterator失效
		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
			Node* cur = pos._node;
			Node* newnode = new Node(x);
			Node* prev = cur->_prev;

			// prev  newnode  cur
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;

			return iterator(newnode);
		}

		iterator insert(iterator pos, T&& x)
		{
			Node* cur = pos._node;
			Node* newnode = new Node(move(x));
			Node* prev = cur->_prev;

			// prev  newnode  cur
			prev->_next = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;

			return iterator(newnode);
		}


		// erase 后 pos失效了,pos指向节点被释放了
		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos != end());

			Node* cur = pos._node;
			Node* prev = cur->_prev;
			Node* next = cur->_next;

			prev->_next = next;
			next->_prev = prev;

			delete cur;

			return iterator(next);
		}

	private:
		Node* _head;
	};
}

下面定义一个list对象,list容器中存储的就是之前模拟实现的string类,这里分别传入左值和右值调用不同版本的push_back。比如:

int main()
{
	hxh::list<hxh::string> lt;
	hxh::string s("1111"); 
	hx.push_back(s);      //调用左值引用版本的push_back

	lt.push_back("2222"); //调用右值引用版本的push_back
	return 0;
}

调用左值引用版本的push_back函数插入元素时,会调用string原有的拷贝构造函数进行深拷贝,而调用右值引用版本的push_back函数插入元素时,只会调用string的移动构造进行资源的移动。

  • 因为实现push_back函数时复用了insert函数的代码,对于左值引用版本的push_back函数,在调用insert函数时只能调用左值引用版本的insert函数,而在insert函数中插入元素时会先new一个结点,因为我们在new节点的过程中有传值走构造函数,因此在构造成员变_data的时候会调用拷贝构造,当节点创建好后,我们在进行节点的链接。
  • 而对于右值引用版本的push_back函数,在调用insert函数时就可以调用右值引用版本的insert函数,在右值引用版本的insert函数中也会先new一个结点,然后编译器会走移动构造去进行资源的转移,当节点创建好后,我们在进行节点的链接。
  • 这个场景中就需要用到完美转发,否则右值引用版本的push_back接收到右值后,该右值的右值属性就退化了,此时在右值引用版本的push_back函数中调用insert函数,也会匹配到左值引用版本的insert函数,最终调用的还是拷贝构造。
  • 此外,除了在右值引用版本的push_back函数中调用insert函数时,需要用完美转发保持右值原有的属性之外,在右值引用版本的insert函数中用右值给新结点赋值时也需要用到完美转发,并且走默认构造的时候还需要继续使用完美转发,如果默认构造不给完美转发的话,那如果是自定义类型,我们还需要调用拷贝构造。
  • 在右值构造函数中,我们不能加const来修饰data,否则移动构造时,我们无法做到资源的转移

也就是说,只要想保持右值的属性,在每次右值传参时都需要进行完美转发,实际STL库中也是通过完美转发来保持右值属性的。
注意: 代码中push_back和insert函数的参数T&&是右值引用,而不是万能引用,因为在list对象创建时这个类就被实例化了,后续调用push_back和insert函数时,参数T&&中的T已经是一个确定的类型了,而不是在调用push_back和insert函数时才进行类型推导的。

4.4 move和完美转发的区别

  1. move:是将左值转换成右值,使得右值引用可以引用move(左值)
  2. 完美转发借助 保证参数在传递过程中,其原始的左值或右值属性不会改变

5. 习题

第一题

第二题

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