C++右值引用/移动语义

在此之前，我们所用的引用，其实都是左值引用。

int a = 10;
int& ra = a;

下面我们来重新认识一下引用：

而何为左值？左值引用其实是什么？请往下看~

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，也可以出现在赋值符号的右边。定义时const修饰符后的左
值，不能给它赋值，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。

例如：

int main()
{//左值：变量名/解引用的指针// 以下的p、b、c、*p都是左值int* p = new int(0);  //p是变量名，为左值  *p为解引用的指针int b = 1;  // b为变量名const int c = 2;  //c为变量名。加上const后c的值不能被修改c = 3;//error//左值引用：// 以下几个是对上面左值的左值引用int*& rp = p;  //对p进行引用，rp为p的别名int& rb = b;const int& rc = c;int& pvalue = *p;  return 0;
}

右值是什么？右值引用呢？

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。

右值引用是用两个&&表示，左值引用是用一个&表示。

int main()
{//右值：字面常量、表达式返回值、函数返回值double x = 1.1, y = 2.2;// 以下几个都是常见的右值10; //字面常量x + y;  //表达式返回值，即return x + y;fmin(x, y); //函数返回值// 以下几个都是对右值的右值引用int&& rr1 = 10;rr1 = 20;//注意这里！int* prr1 = &rr1; //注意这里！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;
}

从上面的代码我们看到两个神奇的地方！

第一个是在右值引用后，竟然可以对右值引用重新赋值！

第二个是右值是不能取地址的，但是给右值取别名后，这个别名可以被取地址！

这是右值引用的特性！右值是不能取地址的，但是给右值取别名后，会导致右值被存储到特定位置，且可以取到该位置的地址，也就是说例如：不能取字面量10的地址，但是rr1引用后，可以对rr1取地址，也可以修改rr1。如果不想rr1被修改，可以用const int&& rr1 去引用！

对于右值，我们可以将其分成两种右值：

第一种是纯右值。所谓纯右值，是内置类型表达式的值。

第二种是将亡值。所谓将亡值，是自定义类型表达式的值。

总结右值引用和左值引用：

基于上述对左值和右值的解析，我们可以总结以下几点：

①左值引用只能引用左值，不能引用右值。这里涉及到了权限的放大。

②如果加了const修饰的左值引用，可以引用左值和右值。因为有了const修饰，要么是权限的平移，要么是权限的缩小。

③右值引用只能引用右值，不能引用左值。

④右值可以引用move后的左值。函数move的作用是让左值变成右值去使用。

int main()
{// ①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，左值引用引用左值，a为左值//int& ra2 = 10; // 编译失败，因为10是右值，左值引用不能引用右值// ②const左值引用既可引用左值，也可引用右值。const int& ra3 = 10;const int& ra4 = a;// ③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; //a是左值，&&是右值引用，右值引用不能引用左值// 右值引用可以引用move以后的左值int&& r3 = std::move(a);return 0;
}

右值引用的作用和意义

左值引用很好，因为左值引用的存在，在函数传参和函数传返回值的时候减少了拷贝，从而提高了效率。但是存在这样一个问题：在一个函数中，如果要使用左值引用作为返回值，那么这个返回的变量的生命周期必须不能随函数的销毁而销毁！

看下面代码：

//函数传参使用左值引用，减少拷贝
template<class T>
void func1(const T& x)
{}//函数传返回值，使用左值引用减少拷贝，
//返回的x是传进来的参数，x不会随函数的销毁而销毁。
template<class T>
const T& func2(const T& x)
{// ...return x;
}//ret为函数栈帧中的变量，会随函数的销毁而销毁
//ret做返回值，这种情况下就得进行拷贝
template<class T>
T func3(const T& x)
{T ret;// ...return ret;
}

对于前两种情况，都可以使用左值引用，减少拷贝。但是对于第三种情况，在没有认识到右值引用的时候，它就必须进行拷贝。

这就是左值引用未能解决的场景问题。因此，右值引用的价值之一，就是补齐左值引用的这一个短板。

这里选择复用我们自己模拟实现string类的代码作为测试代码：模拟实现string类

这里将对string类添加右值引用的移动构造和移动赋值！

在此之前，我们先来看看，在没有实现移动构造和移动赋值之前，以下代码的结果如何：

string to_string(int value){bool flag = true;if (value < 0){flag = false;value = 0 - value;}my_string::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()
{my_string::string ret;  ret = my_string::to_string(-1234);return 0;
}

结果如下： 在调用to_string的时候，传值传参，调用一次深拷贝。返回值返回的时候，因为没有移动构造，调用就会调用拷贝构造，因为const左值引用可以引用右值，因此会调用深拷贝。赋值给ret的时候也调用了一次深拷贝。

在代码中，-1234是常量，为右值。但是在模拟的string类中，并没有专门右值引用的构造，并且对ret的赋值，也是右值，但是没有右值引用的赋值，只能去调用深拷贝，因为深拷贝的左值引用加了const修饰。

接着我们加入右值引用的移动拷贝和移动构造：

在实现这两个接口前，在上文中提到了右值引用的两种形式：纯右值和将亡值。

我们来看将亡值，从名字中可以看出，这种右值是即将失去生命的值，也就是生命周期快到了，往后的代码程序中不需要它，因此，我们可以利用将亡值进行一次移动构造和移动赋值！

既然都将亡了，那么我就用我的吸星大法，将你的功力吸走！因此，实现的思路就是交换！

		// 移动构造string(string&& s){cout << "string(const string& s) -- 移动拷贝" << endl;swap(s);}// 移动赋值string& operator=(string&& s){cout << "string& operator=(string s) -- 移动赋值" << endl;swap(s);return *this;}

上述测试代码的结果变成了这样的！

我们自己实现的to_string，在传入-1234作为参数，此时拷贝的是使用移动拷贝，而str作为函数里面的变量，在返回值返回的时候，是作为右值调用移动赋值赋值给ret，减少了拷贝！

整体测试代码如下：

namespace my_string
{class string{public:typedef char* iterator;iterator begin(){return _str;}iterator end(){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string(const string& s){cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;string tmp(s._str);swap(tmp);}// 赋值重载string& operator=(const string& s){cout << "string& operator=(string s) -- 深拷贝" << endl;string tmp(s);swap(tmp);return *this;}// 移动构造string(string&& s){cout << "string(const string& s) -- 移动拷贝" << endl;swap(s);}// 移动赋值string& operator=(string&& s){cout << "string& operator=(string s) -- 移动赋值" << endl;swap(s);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];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};//转化成字符串string to_string(int value){bool flag = true;if (value < 0){flag = false;value = 0 - value;}my_string::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()
{my_string::string ret;  ret = my_string::to_string(-1234);return 0;
}

总结一下右值引用和左值引用对减少拷贝的方式：

右值引用和左值引用减少拷贝的原理不一样。左值引用减少拷贝的方法是起别名，直接起作用，而右值引用减少拷贝的方法是实现移动拷贝和移动赋值，在将亡值的情况下，直接转移资源，间接起作用。

右值引用的价值之二：对于插入一些插入右值数据，也可以减少拷贝！

比如list容器，如果插入接口insert的传值是左值引用，那么在插入右值的时候，由于没有移动拷贝，并且加了const修饰，此时的左值引用可以引用右值，调用的是深拷贝。

 

而如果使用了移动拷贝，参数为右值引用，那么就会采用移动拷贝，减少了拷贝的次数！

 未完待续......