右值引用、移动语义和完美转发(下)
完美转发
所谓转发,就是通过一个函数将参数继续转交给另一个函数进行处理,原参数可能是右值,可能是左值,如果还能继续保持参数的原有特征,那么它就是完美的。
void process(int& i){
cout << "process(int&):" << i << endl;
}
void process(int&& i){
cout << "process(int&&):" << i << endl;
}
void myforward(int&& i){
cout << "myforward(int&&):" << i << endl;
process(i);
}
int main()
{
int a = 0;
process(a); //a被视为左值 process(int&):0
process(1); //1被视为右值 process(int&&):1
process(move(a)); //强制将a由左值改为右值 process(int&&):0
myforward(2); //右值经过forward函数转交给process函数,却称为了一个左值,
//原因是该右值有了名字 所以是 process(int&):2
myforward(move(a)); // 同上,在转发的时候右值变成了左值 process(int&):0
// forward(a) // 错误用法,右值引用不接受左值
}
上面的例子就是不完美转发,而c++中提供了一个std::forward()
模板函数解决这个问题。将上面的myforward()
函数简单改写一下:
void myforward(int&& i){
cout << "myforward(int&&):" << i << endl;
process(std::forward<int>(i));
}
myforward(2); // process(int&&):2
上面修改过后还是不完美转发,myforward()
函数能够将右值转发过去,但是并不能够转发左值,解决办法就是借助universal references
通用引用类型和std::forward()
模板函数共同实现完美转发。例子如下:
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <vector>
using namespace std;
void RunCode(int &&m) {
cout << "rvalue ref" << endl;
}
void RunCode(int &m) {
cout << "lvalue ref" << endl;
}
void RunCode(const int &&m) {
cout << "const rvalue ref" << endl;
}
void RunCode(const int &m) {
cout << "const lvalue ref" << endl;
}
// 这里利用了universal references,如果写T&,就不支持传入右值,而写T&&,既能支持左值,又能支持右值
template<typename T>
void perfectForward(T && t) {
RunCode(forward<T> (t));
}
template<typename T>
void notPerfectForward(T && t) {
RunCode(t);
}
int main()
{
int a = 0;
int b = 0;
const int c = 0;
const int d = 0;
notPerfectForward(a); // lvalue ref
notPerfectForward(move(b)); // lvalue ref
notPerfectForward(c); // const lvalue ref
notPerfectForward(move(d)); // const lvalue ref
cout << endl;
perfectForward(a); // lvalue ref
perfectForward(move(b)); // rvalue ref
perfectForward(c); // const lvalue ref
perfectForward(move(d)); // const rvalue ref
}
上面的代码测试结果表明,在universal references
和std::forward
的合作下,能够完美的转发这4种类型。
emplace_back减少内存拷贝和移动
我们之前使用vector
一般都喜欢用push_back()
,由上文可知容易发生无谓的拷贝,解决办法是为自己的类增加移动构造和赋值函数,但其实还有更简单的办法!就是使用emplace_back()
替换push_back()
,如下面的例子:
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <vector>
using namespace std;
class A {
public:
A(int i){
// cout << "A()" << endl;
str = to_string(i);
}
~A(){}
A(const A& other): str(other.str){
cout << "A&" << endl;
}
public:
string str;
};
int main()
{
vector<A> vec;
vec.reserve(10);
for(int i=0;i<10;i++){
vec.push_back(A(i)); //调用了10次拷贝构造函数
// vec.emplace_back(i); //一次拷贝构造函数都没有调用过
}
for(int i=0;i<10;i++)
cout << vec[i].str << endl;
}
可以看到效果是明显的,虽然没有测试时间,但是确实可以减少拷贝。emplace_back()
可以直接通过构造函数的参数构造对象,但前提是要有对应的构造函数。
移动语义对swap()
函数的影响也很大,之前实现swap可能需要三次内存拷贝,而有了移动语义后,就可以实现高性能的交换函数了。
template <typename T>
void swap(T& a, T& b)
{
T tmp(std::move(a));
a = std::move(b);
b = std::move(tmp);
}
如果T是可移动的,那么整个操作会很高效,如果不可移动,那么就和普通的交换函数是一样的,不会发生什么错误,很安全。
总结:
- 有两种值类型,左值和右值。
- 有三种引用类型,左值引用、右值引用和通用引用。左值引用只能绑定左值,右值引用只能绑定右值,通用引用由初始化时绑定的值的类型确定。
- 左值和右值是独立于他们的类型的,右值引用可能是左值可能是右值,如果这个右值引用已经被命名了,他就是左值。
- 引用折叠规则:所有的右值引用叠加到右值引用上仍然是一个右值引用,其他引用折叠都为左值引用。当
T&&
为模板参数时,输入左值,它将变成左值引用,输入右值则变成具名的右值应用。 - 移动语义可以减少无谓的内存拷贝,要想实现移动语义,需要实现移动构造函数和移动赋值函数。
std::move()
将一个左值转换成一个右值,强制使用移动构造和赋值函数,这个函数本身并没有对这个左值什么特殊操作。std::forward()
和universal references
通用引用共同实现完美转发。- 用
empalce_back()
替换push_back()
增加性能。
TODO
- 对模板类型自动推导还不太熟悉,继续学习Effective Modern C++。
std::move()和std::forward()
好像实现的并不复杂,有机会弄明白实现原理。