c++总复习

1. C++ 中的移动语义及其作用

定义

移动语义是 C++ 11 引入的一种重要特性，它用于优化对象的资源管理，特别是在涉及对象所有权转移的场景中。传统的 C++ 语义在对象赋值或传递给函数时，通常会进行拷贝操作，即创建源对象的一个完整副本，这在处理包含大量资源（如动态分配的内存、文件句柄、网络连接等）的对象时，可能会导致不必要的性能开销，因为拷贝这些资源往往是耗时且消耗额外内存的。

移动语义则允许将一个对象的资源 “移动” 到另一个对象中，而不是进行昂贵的拷贝操作。移动后，源对象通常处于一种可析构但不再拥有被移动资源的有效状态，而目标对象则获得了这些资源的所有权并可以正常使用它们。

作用

• 性能优化：如前文所述，对于包含大量资源的对象，避免不必要的拷贝可以显著提高程序的性能。例如，当你有一个std::vector对象，其中存储了大量元素，将其作为参数传递给函数时，如果使用拷贝语义，会复制整个数组内容，而使用移动语义则只是简单地将内部指针等资源的所有权转移给函数参数对象，速度要快得多。

• 资源管理高效性：移动语义使得资源的所有权能够更清晰、高效地在不同对象之间转移。在对象生命周期结束时，资源能得到正确的释放，避免了资源泄漏的风险，同时也避免了在不需要拷贝的场景下进行多余的资源复制操作。

• 支持更灵活的编程范式：在一些模板编程、容器类设计等场景下，移动语义使得代码可以更通用、高效地处理不同类型的对象，提升了代码的复用性和灵活性。

2. 右值引用及其用于实现移动语义的方式

定义

右值引用是 C++ 11 引入的一种新的引用类型，用&&表示。它主要用于绑定到右值表达式。在 C++ 中，右值通常是临时对象或者即将销毁的值，比如函数返回的临时值、字面常量等。与传统的左值引用（用&表示，主要用于绑定到左值，即具有持久存储和可识别地址的对象）不同，右值引用专门用于处理那些即将消逝的值，以便从中获取资源而不是进行拷贝操作。

使用右值引用实现移动语义

实现移动语义主要涉及到定义移动构造函数和移动赋值运算符。下面以一个简单的自定义类MyClass为例来说明：

#include <iostream>
#include <utility>class MyClass {
private:int* data;int size;public:// 构造函数MyClass(int sz) : size(sz), data(new int[sz]) {std::cout << "Regular constructor called." << std::endl;for (int i = 0; i < size; ++i) {data[i] = i;}}// 拷贝构造函数MyClass(const MyClass& other) : size(other.size), data(new int[other.size]) {std        ::cout << "Copy constructor called." << std::endl;for (int i = 0; i < size; ++i) {data[i] = other.data[i];}}// 移动构造函数MyClass(MyClass&& other) noexcept : size(other.size), data(other.data) {std::cout << "Move constructor called." << std::endl;other.data = nullptr;other.size = 0;}// 拷贝赋值运算符MyClass& operator=(const MyClass& other) {std::cout << "Copy assignment operator called." << std::endl;if (this!= &other) {delete[] data;size = other.size;data = new int[size];for (int i = 0; i < size; ++i) {data[i] = other.data[i];}}return *this;}// 移动赋值运算符MyClass& operator=(MyClass&& other) noexcept {std::cout << "Move assignment operator called." << std::endl;if (this!= &other) {delete[] data;size = other.size;data = other.data;other.data = nullptr;other.size = 0;}return *this;}~MyClass() {std::cout << "Destructor called." << std::endl;delete[] data;}void printData() const {for (int i = 0; i < size; ++i) {std::cout << data[i] << " ";}std::cout << std::endl;}
};

 

在上述代码中：

• 移动构造函数：MyClass(MyClass&& other) noexcept 就是移动构造函数。它接受一个右值引用作为参数。在函数内部，它直接将传入右值对象的资源（这里是指针data和大小size）转移到新创建的对象中，然后将右值对象的相关成员设置为默认值（nullptr和0），表示它已经不再拥有这些资源。这样就实现了资源从一个即将销毁的临时对象（右值）到新对象的高效移动，避免了资源的拷贝。

• 移动赋值运算符：MyClass& operator=(MyClass&& other) noexcept 是移动赋值运算符。它的作用类似移动构造函数，不过是用于处理已经存在的对象的赋值操作。它先释放当前对象所拥有的资源（通过delete[] data），然后将右值对象的资源转移过来，并将右值对象设置为无效状态。

当在代码中使用右值（比如函数返回临时对象或者创建临时对象并立即用于初始化另一个对象等场景）时，编译器会根据情况自动调用移动构造函数或移动赋值运算符来实现资源的移动操作，从而利用移动语义优化程序性能。例如：

MyClass createObject() {return MyClass(5);
}int main() {MyClass obj1(3);MyClass obj2 = createObject(); // 这里可能会调用移动构造函数obj1 = createObject(); // 这里可能会调用移动赋值运算符return 0;
}

 

在上述main函数中，createObject函数返回一个临时的MyClass对象，当用这个临时对象初始化obj2时，编译器有机会调用移动构造函数将临时对象的资源移动到obj2中，而不是进行拷贝。同样，当将createObject返回的临时对象赋值给obj1时，编译器可能会调用移动赋值运算符来实现高效的资源转移。