1. 拷貝構(gòu)造函數(shù)中的深拷貝問題

在 C++ 98/03 標(biāo)準(zhǔn)中，如果想用其它對象初始化一個(gè)同類的新對象，只能借助類中的拷貝構(gòu)造函數(shù)。拷貝構(gòu)造函數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理很簡單，就是為新對象復(fù)制一份和其它對象一模一樣的數(shù)據(jù)。需要注意的是，當(dāng)類中擁有指針類型的成員變量時(shí)，拷貝構(gòu)造函數(shù)中需要以深拷貝（而非淺拷貝）的方式復(fù)制該指針成員。

舉個(gè)例子：

#include <iostream>
using namespace std;

class demo{
public:
   demo():num(new int(0)){
      cout<<"construct!"<<endl;
   }
   //拷貝構(gòu)造函數(shù)
   demo(const demo &d):num(new int(*d.num)){
      cout<<"copy construct!"<<endl;
   }
   ~demo(){
      cout<<"class destruct!"<<endl;
   }
private:
   int *num;
};

demo get_demo(){
    return demo();
}

int main(){
    demo a = get_demo();
    return 0;
}

如上所示，我們?yōu)?demo 類自定義了一個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)。該函數(shù)在拷貝 d.num 指針成員時(shí)，必須采用深拷貝的方式，即拷貝該指針成員本身的同時(shí)，還要拷貝指針指向的內(nèi)存資源。否則一旦多個(gè)對象中的指針成員指向同一塊堆空間，這些對象析構(gòu)時(shí)就會(huì)對該空間釋放多次，這是不允許的。

可以看到，程序中定義了一個(gè)可返回 demo 對象的 get_demo() 函數(shù)，用于在 main() 主函數(shù)中初始化 a 對象，其整個(gè)初始化的流程包含以下幾個(gè)階段：

• 執(zhí)行 get_demo() 函數(shù)內(nèi)部的 demo() 語句，即調(diào)用 demo 類的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)生成一個(gè)匿名對象；
• 執(zhí)行 return demo() 語句，會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)復(fù)制一份之前生成的匿名對象，并將其作為 get_demo() 函數(shù)的返回值（函數(shù)體執(zhí)行完畢之前，匿名對象會(huì)被析構(gòu)銷毀）；
• 執(zhí)行 a = get_demo() 語句，再調(diào)用一次拷貝構(gòu)造函數(shù)，將之前拷貝得到的臨時(shí)對象復(fù)制給 a（此行代碼執(zhí)行完畢，get_demo() 函數(shù)返回的對象會(huì)被析構(gòu)）；
• 程序執(zhí)行結(jié)束前，會(huì)自行調(diào)用 demo 類的析構(gòu)函數(shù)銷毀 a。

注意，目前多數(shù)編譯器都會(huì)對程序中發(fā)生的拷貝操作進(jìn)行優(yōu)化，因此如果我們使用 VS 2017、codeblocks 等這些編譯器運(yùn)行此程序時(shí)，看到的往往是優(yōu)化后的輸出結(jié)果：

construct!
class destruct!

而同樣的程序，如果在 Linux 上使用g++ demo.cpp -fno-elide-constructors命令運(yùn)行（其中 demo.cpp 是程序文件的名稱），就可以看到完整的輸出結(jié)果：

construct!        <-- 執(zhí)行 demo()
copy construct!    <-- 執(zhí)行 return demo()
class destruct!     <-- 銷毀 demo() 產(chǎn)生的匿名對象
copy construct!    <-- 執(zhí)行 a = get_demo()
class destruct!     <-- 銷毀 get_demo() 返回的臨時(shí)對象
class destruct!     <-- 銷毀 a

如上所示，利用拷貝構(gòu)造函數(shù)實(shí)現(xiàn)對 a 對象的初始化，底層實(shí)際上進(jìn)行了 2 次拷貝（而且是深拷貝）操作。當(dāng)然，對于僅申請少量堆空間的臨時(shí)對象來說，深拷貝的執(zhí)行效率依舊可以接受，但如果臨時(shí)對象中的指針成員申請了大量的堆空間，那么 2 次深拷貝操作勢必會(huì)影響 a 對象初始化的執(zhí)行效率。

事實(shí)上，此問題一直存留在以 C++ 98/03 標(biāo)準(zhǔn)編寫的 C++ 程序中。由于臨時(shí)變量的產(chǎn)生、銷毀以及發(fā)生的拷貝操作本身就是很隱晦的（編譯器對這些過程做了專門的優(yōu)化），且并不會(huì)影響程序的正確性，因此很少進(jìn)入程序員的視野。

那么當(dāng)類中包含指針類型的成員變量，使用其它對象來初始化同類對象時(shí)，怎樣才能避免深拷貝導(dǎo)致的效率問題呢？C++11 標(biāo)準(zhǔn)引入了解決方案，該標(biāo)準(zhǔn)中引入了右值引用的語法，借助它可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)語義。

2. C++移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)（移動(dòng)語義的具體實(shí)現(xiàn)）

所謂移動(dòng)語義，指的就是以移動(dòng)而非深拷貝的方式初始化含有指針成員的類對象。簡單的理解，移動(dòng)語義指的就是將其他對象（通常是臨時(shí)對象）擁有的內(nèi)存資源“移為已用”。

以前面程序中的 demo 類為例，該類的成員都包含一個(gè)整形的指針成員，其默認(rèn)指向的是容納一個(gè)整形變量的堆空間。當(dāng)使用 get_demo() 函數(shù)返回的臨時(shí)對象初始化 a 時(shí)，我們只需要將臨時(shí)對象的 num 指針直接淺拷貝給 a.num，然后修改該臨時(shí)對象中 num 指針的指向（通常另其指向 NULL），這樣就完成了 a.num 的初始化。

事實(shí)上，對于程序執(zhí)行過程中產(chǎn)生的臨時(shí)對象，往往只用于傳遞數(shù)據(jù)（沒有其它的用處），并且會(huì)很快會(huì)被銷毀。因此在使用臨時(shí)對象初始化新對象時(shí)，我們可以將其包含的指針成員指向的內(nèi)存資源直接移給新對象所有，無需再新拷貝一份，這大大提高了初始化的執(zhí)行效率。

例如，下面程序?qū)?demo 類進(jìn)行了修改：

#include <iostream>
using namespace std;

class demo{
public:
    demo():num(new int(0)){
        cout<<"construct!"<<endl;
    }
    demo(const demo &d):num(new int(*d.num)){
        cout<<"copy construct!"<<endl;
    }
    //添加移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)
    demo(demo &&d):num(d.num){
        d.num = NULL;
        cout<<"move construct!"<<endl;
    }
    ~demo(){
        cout<<"class destruct!"<<endl;
    }
private:
    int *num;
};

demo get_demo(){
    return demo();
}

int main(){
    demo a = get_demo();
    return 0;
}

可以看到，在之前 demo 類的基礎(chǔ)上，我們又手動(dòng)為其添加了一個(gè)構(gòu)造函數(shù)。和其它構(gòu)造函數(shù)不同，此構(gòu)造函數(shù)使用右值引用形式的參數(shù)，又稱為移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)。并且在此構(gòu)造函數(shù)中，num 指針變量采用的是淺拷貝的復(fù)制方式，同時(shí)在函數(shù)內(nèi)部重置了 d.num，有效避免了“同一塊對空間被釋放多次”情況的發(fā)生。

在 Linux 系統(tǒng)中使用g++ demo.cpp -o demo.exe -std=c++0x -fno-elide-constructors命令執(zhí)行此程序，輸出結(jié)果為：

construct!
move construct!
class destruct!
move construct!
class destruct!
class destruct!

通過執(zhí)行結(jié)果我們不難得知，當(dāng)為 demo 類添加移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)之后，使用臨時(shí)對象初始化 a 對象過程中產(chǎn)生的 2 次拷貝操作，都轉(zhuǎn)由移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)完成。

我們知道，非 const 右值引用只能操作右值，程序執(zhí)行結(jié)果中產(chǎn)生的臨時(shí)對象（例如函數(shù)返回值、lambda 表達(dá)式等）既無名稱也無法獲取其存儲(chǔ)地址，所以屬于右值。當(dāng)類中同時(shí)包含拷貝構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)時(shí)，如果使用臨時(shí)對象初始化當(dāng)前類的對象，編譯器會(huì)優(yōu)先調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)來完成此操作。只有當(dāng)類中沒有合適的移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)時(shí)，編譯器才會(huì)退而求其次，調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)。

在實(shí)際開發(fā)中，通常在類中自定義移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)的同時(shí)，會(huì)再為其自定義一個(gè)適當(dāng)?shù)目截悩?gòu)造函數(shù)，由此當(dāng)用戶利用右值初始化類對象時(shí)，會(huì)調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)；使用左值（非右值）初始化類對象時(shí)，會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)。

那么，如果使用左值初始化同類對象，但也想調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)完成，有沒有辦法可以實(shí)現(xiàn)呢？

默認(rèn)情況下，左值初始化同類對象只能通過拷貝構(gòu)造函數(shù)完成，如果想調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)，則必須使用右值進(jìn)行初始化。C++11 標(biāo)準(zhǔn)中為了滿足用戶使用左值初始化同類對象時(shí)也通過移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)完成的需求，新引入了 std::move() 函數(shù)，它可以將左值強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的右值，由此便可以使用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)。

到此這篇關(guān)于C++11中移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++11移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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