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  • 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 referencesstd::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()universal references通用引用共同实现完美转发。
    • 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。

    我的SegmentFault链接

    参考

    转载:https://jianshu.com/p/d19fc8447eaa

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