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  • 对象复制问题 && lvalue-rvalue && 引用

    按值传递实参到函数和函数返回临时变量的副本,函数的效率对执行性能来说至关重要

    如果避免这样的复制操作,则执行时间可能会大大缩短。

    class CMessage
    {
    private:
        char * m_pMessage;
    
    public:
        void showIt()const
        {
            cout << m_pMessage << endl;
        }
        //构造函数
        CMessage(const char* text = "Default message")
        {
            cout << " 构造函数" << endl;
    
            size_t length{ strlen(text) + 1 };
            m_pMessage = new char[length + 1];
            strcpy_s(m_pMessage, length + 1, text);
        }
        //复制构造函数
        CMessage(const CMessage & aMess)
        {
            cout << "复制构造函数" << endl;
            size_t len{ strlen(aMess.m_pMessage) + 1 };
            this->m_pMessage = new char[len];
            strcpy_s(m_pMessage, len, aMess.m_pMessage);
        }
        //重载赋值运算符
        CMessage & operator=(const CMessage & aMess)
        {
            cout << "重载赋值运算符函数" << endl;
            if (this != &aMess)
            {
                delete[]m_pMessage;
                size_t length{ strlen(aMess.m_pMessage) + 1 };
                m_pMessage = new char[length];
                strcpy_s(this->m_pMessage, length, aMess.m_pMessage);
            }
            return *this;
        }
    
        CMessage operator+(const CMessage & aMess)
        {
            cout <<"重载加法运算符函数" << endl;
            size_t len{strlen(m_pMessage)+strlen(aMess.m_pMessage)+1};
            CMessage message;
            message.m_pMessage = new char[len];
    
            strcpy_s(message.m_pMessage,len,m_pMessage);
            strcat_s(message.m_pMessage,len,aMess.m_pMessage);
    
            return message;
        }
    
        //析构函数
        ~CMessage()
        {
            cout << " 析构函数" << endl;
            delete[]m_pMessage;
        }
    };
    int main()
    {
        CMessage motto1{ "Amiss is " };
        CMessage motto2{"as good as a mile"};
        CMessage motto3;
    
        motto3 = motto1 + motto2;
    
        motto3.showIt();
    }

    运行结果如下:

     构造函数            //motto1调用
     构造函数            //motto2调用
     构造函数            //motto3调用
    重载加法运算符函数        
     构造函数            //operator+()中message对象调用
    复制构造函数           //返回时对message对象的复制,生成message的临时副本
     析构函数            //message调用,销毁临时对象
    重载赋值运算符函数        //motto3调用operator=()
     析构函数              //message的临时副本调用
    Amiss is as good as a mile
     析构函数
     析构函数
     析构函数

    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

    改进方法:应用rvalue引用形参

    当源对象是一个临时对象,在复制操之后立即就被销毁时,复制的替代方案是偷用由 m_pMessage 成员指向的临时对象的内存,并传送到目标对象。

    如果这么做,那么不需要为目标对象分配更多的内存,不需要复制对象,也不需要释放源对象拥有的内存。

    在操作完成以后将立即销毁源对象,因此这么做没有风险,只是加快了执行速度。

    实现此技术的关键是检测复制操作中何时是一个 rvalue。

      CMessage(const CMessage & aMess)
      {
          cout << "复制构造函数" << endl;
          size_t len{ strlen(aMess.m_pMessage) + 1 };
          this->m_pMessage = new char[len];
          strcpy_s(m_pMessage, len, aMess.m_pMessage);
       }

      CMessage(CMessage && aMess)
       {
          cout << "" << endl;
          m_pMessage = aMess.m_pMessage;
          aMess.m_pMessage = nullptr;      //必须要这么做,防止删除原指向的内存
        }

    我们知道用对象初始化当前对象、返回临时对象都会调用复制构造函数。

    motto3 = motto1 + motto2;调用重载加法运算符函数后会产生临时变量 message。

    而对临时变量的复制产生需要的临时副本会增加运行时间。

    所以,临时变量的副本可以直接“偷用”源临时变量对象成员指向的内存。通过以上两个函数比较可知,lvalue引用形参多了复制的操作。

    难道要 lvalue引用形参的形式没有用了吗?

    若: motto3=motto1 时,可知必须用 lvalue 引用形参的形式。如果 rvalue 可用,将会使两个对象同时指向一块内存。

    所以, rvalue 针对 临时变量。

    可以像下面这样额外创建 operator=()函数的重载

      CMessage & operator=(CMessage && aMess)
       {
          cout <<"Move assignment operator function called." << endl;
          delete[]m_pMessage;
          m_pMessage = aMess.m_pMessage;
          aMess.m_pMessage = nullptr;       //必须要这么做,防止删除原指向的内存
          return *this;
       }

      CMessage & operator=(const CMessage & aMess)
      {
         cout << "重载赋值运算符函数" << endl;
         if (this != &aMess)
         {   delete[]m_pMessage;
            size_t length{ strlen(aMess.m_pMessage) + 1 };
              m_pMessage = new char[length];
            strcpy_s(this->m_pMessage, length, aMess.m_pMessage);
         }
         return *this;
      }

    观察这两个 lvalue、rvalue引用形参重载赋值运算符函数的区别:

    motto3 = motto1 + motto2;调用重载加法运算符函数后会产生临时变量 message。在函数返回时又调用 rvalue引用形参类型的复制构造函数,

    产生临时对象 message 的临时副本。

    之后调用重载赋值运算符函数,由于此时仍是临时对象的副本,

    所以,仍可以采用“ 偷换 ”源临时变量对象成员指向的内存。而避免赋值函数对对象成员的复制。

    临时对象由编译器生成,使用之后会自动调用析构函数释放。

    所以此处需要我们通过观察代码运行,自己来理解。

      CMessage operator+(const CMessage & aMess)
       {
        cout <<"重载加法运算符函数" << endl;
        size_t len{strlen(m_pMessage)+strlen(aMess.m_pMessage)+1};
        CMessage message;
        message.m_pMessage = new char[len];

        strcpy_s(message.m_pMessage,len,m_pMessage);
        strcat_s(message.m_pMessage,len,aMess.m_pMessage);

        return message;
       }

    不知道你有没想过哟,为什么上面函数没有返回引用,引用可以避免不必要的复制,不是很方便吗?

    添加引用 CMessage operator+(const CMessage & aMess)

    运行结果:

       构造函数
       构造函数
       构造函数
      重载加法运算符函数
       构造函数
       析构函数
      重载赋值运算符函数
    请按任意键继续. . .

    发现程序崩溃,运行到重载赋值运算符函数就不能继续运行了。

    Why?

    如果被返回的对象是被调用函数中的局部变量,则不应按引用方式返回它。

    因为,在被调用函数执行完毕时,局部对象将调用其 析构函数。

    如果函数返回一个没有公有复制构造函数的类(如 ostream 类)的对象,它必须返回指向对象的引用。

    如果在类中定义了 operator=()成员函数和复制构造函数时,将形参定义为非常量 rvalue 引用,则需要确保也定义了具有 const lvalue引用形参的标准版本。

    编译器会提供它们的默认版本,逐一成员的进行复制。

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