C++学习笔记13：运算符重载（赋值操作符2）

移动语义

完成所有权的移交，当拷贝构造和赋值构造时，目标对象的所有权必须移交给我们的新的对象，原始对象将丧失所有权，_p指针将不再指向原来的那个数组；

左值与右值

Ｃ原始定义

• 左值：可以出现在赋值号的左边或者右边
• 右值：只能出现在赋值号的右边

C++的定义

• 左值：用于标识非临时对象或者非成员函数的表达式
• 右值：用于标识临时对象的表达式或与任何对象无关的值（纯右值），或用于标识即将失效的对象的表达式（失效值）

左值引用与右值引用

左值引用：&

右值引用：&&

• 深拷贝需要频繁分配和释放内存，效率比较低
• 移动语义的目的：所有权移交，不需要重新构造和析构
• 为与构造函数兼容，移动语义必须为引用，而不能是指针或者普通量
• 普通引用传递左值，以允许函数内部修改目标数据对象
• 为区分左值引用，实现移动语义时必须传递右值引用
• 为保证能够修改目标数据对象，在函数内部必须将右值引用作为左值引用对待

class A
{
public:
    A() :_n(), _p(nullptr){}
    explicit A(int n):_n(n),_p(new int[n]){}
    A(int n, int *p) :_n(n), _p(p) {}
    A(A && that);
    A & operator=(A && that);
    virtual ~A() { if (_p) { delete[]_p, _p = nullptr; } }
public:
    int & operator[](int i);
    const int & operator[](int i)const;
private:
    int _n;
    int *_p;
};

A::A(A && that)
{
    //nullptr:C++11预定义的空指针类型nullptr_t的常对象
    //可隐式转换为任意指针类型和bool类型，但不能转化为整数类型，以取代NULL
    _n = that._n, _p = that._p, that._n = , that._p = nullptr;
    //*this = that;//此代码不会调用下面重载的赋值操作符函数
    //具名右值引用that在函数内部被当作左值，不是右值
    //匿名右值引用才会被当作右值，理论上如此.....
    //*this = static_cast<A &&>(that);//等价于*this = std::move(that);
    //上一行代码可以调用下面重载的移动赋值操作符，但是有可能导致程序崩溃
    //因为this指向的本对象可能刚刚分配内存，_p字段所指向的目标数据对象无定义
}

A & A::operator=(A && that)
{
    if (_p)//删除此行代码可能导致内存泄漏
        delete[]_p;
    //可以测试是否为同一个对象，以避免自身复制操作，但意义不大
    _n = that._n, _p = that._p, that._n = , that._p = nullptr;
    return *this;
}

移动语义重载

class A
{
public:
    A() :_n(), _p(nullptr) {}
    explicit A(int n) :_n(n), _p(new int[n]) {}
    A(int n, int *p) :_n(n), _p(p) {}
    //可以同时提供拷贝语义与移动语义版本，前者使用常左值引用
    //不能修改目标数据对象的值，后者则可以修改
    A(const A & that);
    A(A && that);
    A & operator =(const A & that);//深拷贝版本
    A & operator =(A && that);//移动赋值版本
    virtual ~A() { if (_p) { delete[]_p, _p = nullptr; } }
public:
    int & operator[](int i);
    const int & operator[](int i)const;
private:
    int _n;
    int *_p;
};

int main()
{
    A a();
    for (int i = ; i < ; i++)
    {
        a[i] = i + ;
    }
    A b(a);//调用拷贝构造函数
    b = a; //调用普通赋值版本
    //把左值引用转换为右值引用，否则会调用左值版本
    A c(static_cast<A &&>(a));//调用移动构造版本
    c = static_cast<A &&>(a);//调用移动赋值版本
    return ;
}

左值引用同样可以实现移动语义

class A
{
public:
    A() :_n(), _p(nullptr) {}
    explicit A(int n) :_n(n), _p(new int[n]) {}
    A(int n, int *p) :_n(n), _p(p) {}
    A(A & that);//重载非常量版本；移动构造语义
    A(const A & that);//重载常量版本；深拷贝构造语义
    A & operator=(A &that);//重载非常量版本；移动赋值语义
    A & operator=(const A & that);//重载常量版本；深拷贝赋值语义
    virtual ~A() { if (_p) { delete[]_p, _p = nullptr; } }
public:
    int & operator[](int i) throw(std::out_of_range);
    const int & operator[](int i) const throw(std::out_of_range);
private:
    int _n;
    int *_p;
};

A::A(A & that)
{
    _n = that._n, _p = that._p, that._n = , that._p = nullptr;
}

A::A(const A & that)
{
    this->_n = that._n;
    _p = new int[_n];
    for (int i = ; i < _n; i++)
    {
        _p[i] = that._p[i];
    }
}

A & A::operator=(A & that)
{
    _n = that._n, _p = that._p, that._n = , that._p = nullptr;
    return *this;
}

A & A::operator=(const A & that)
{
    this->_n = that._n;
    if (_p)
    {
        delete[]_p;
    }
    _p = new int[_n];
    for (int i = ; i < _n; i++)
    {
        _p[i] = that._p[i];
    }
    return *this;
}
//main.cpp
int main()
{
    A a1;//缺省构造
    const A a2;//缺省构造
    A a3(a1);//调用A::A(A &),移动构造
    A a4(a2);//调用A::A(const A &),深拷贝构造
    //对于非常量，必须转型为常量才能进行深拷贝
    A a5(const_cast<const A &>(a1));//调用A::A(const A &)
    A a6, a7, a8;//缺省构造
    a6 = a1;//调用A::operator=(A &),移动赋值
    a7 = a2;//调用A::operator=(const A &),深拷贝赋值
    a8 = const_cast<const A &>(a1);//调用A::operator=(const A &)
    return ;
}

右值引用的意义

右值引用可以使用文字作为函数实际参数

//不接受文字作为实际参数，因无法获取文字的左值
int f(int &x) { return ++x; }
//接受文字作为实际参数，传递右值引用
//具名右值引用作为左值，匿名右值引用作为右值
//在函数内部理论如此，但实际上...
int f(int && x) { return ++x; }
int main()
{
    //错误代码，++操作符的操作数必须为左值
    //std::cout << ++10 << std::endl;
    //可能有问题，传递右值引用，但部分编译器可能将其作为左值
    std::cout << f() << std::endl;//11?
    return ;
}

右值引用的意义

避免编写过多的构造与赋值函数

• 不管是左值引用还是右值引用，若同时提供拷贝语义与移动语义，需要2对（4个）构造和赋值函数
• 若通过单独提供成员值的方式构造对象，单成员至少需要4个构造函数和赋值函数，双成员至少需要8个构造和赋值函数
• 使用右值引用，通过函数模板可以缩减代码编写量

实现完美转发