C++ 11右值引用的理解
C++ 11中引入的一個(gè)非常重要的概念就是右值引用。理解右值引用是學(xué)習(xí)“移動(dòng)語義”(move semantics)的基礎(chǔ)。而要理解右值引用,就必須先區(qū)分左值與右值。
對(duì)左值和右值的一個(gè)最常見的誤解是:等號(hào)左邊的就是左值,等號(hào)右邊的就是右值。左值和右值都是針對(duì)表達(dá)式而言的,左值是指表達(dá)式結(jié)束后依然存在的持久對(duì)象,右值是指表達(dá)式結(jié)束時(shí)就不再存在的臨時(shí)對(duì)象。一個(gè)區(qū)分左值與右值的便捷方法是:看能不能對(duì)表達(dá)式取地址,如果能,則為左值,否則為右值。下面給出一些例子來進(jìn)行說明。
int a = 10
int b = 20
int *pFlag = &a;
vector<int> vctTemp;
vctTemp.push_back(1);
string str1 = "hello "
string str2 = "world"
const int &m = 1
請(qǐng)問,a,b, a+b, a++, ++a, pFlag, *pFlag, vctTemp[0], 100, string("hello"), str1, str1+str2, m分別是左值還是右值?
a和b都是持久對(duì)象(可以對(duì)其取地址),是左值;
a+b是臨時(shí)對(duì)象(不可以對(duì)其取地址),是右值;
a++是先取出持久對(duì)象a的一份拷貝,再使持久對(duì)象a的值加1,***返回那份拷貝,而那份拷貝是臨時(shí)對(duì)象(不可以對(duì)其取地址),故其是右值;
++a則是使持久對(duì)象a的值加1,并返回那個(gè)持久對(duì)象a本身(可以對(duì)其取地址),故其是左值;
pFlag和*pFlag都是持久對(duì)象(可以對(duì)其取地址),是左值;
vctTemp[0]調(diào)用了重載的[]操作符,而[]操作符返回的是一個(gè)int &,為持久對(duì)象(可以對(duì)其取地址),是左值;
100和string("hello")是臨時(shí)對(duì)象(不可以對(duì)其取地址),是右值;
str1是持久對(duì)象(可以對(duì)其取地址),是左值;
str1+str2是調(diào)用了+操作符,而+操作符返回的是一個(gè)string(不可以對(duì)其取地址),故其為右值;
m是一個(gè)常量引用,引用到一個(gè)右值,但引用本身是一個(gè)持久對(duì)象(可以對(duì)其取地址),為左值。
區(qū)分清楚了左值與右值,我們?cè)賮砜纯醋笾狄?。左值引用根?jù)其修飾符的不同,可以分為非常量左值引用和常量左值引用。
非常量左值引用只能綁定到非常量左值,不能綁定到常量左值、非常量右值和常量右值。如果允許綁定到常量左值和常量右值,則非常量左值引用可以用于修改常量左值和常量右值,這明顯違反了其常量的含義。如果允許綁定到非常量右值,則會(huì)導(dǎo)致非常危險(xiǎn)的情況出現(xiàn),因?yàn)榉浅A坑抑凳且粋€(gè)臨時(shí)對(duì)象,非常量左值引用可能會(huì)使用一個(gè)已經(jīng)被銷毀了的臨時(shí)對(duì)象。
常量左值引用可以綁定到所有類型的值,包括非常量左值、常量左值、非常量右值和常量右值。
可以看出,使用左值引用時(shí),我們無法區(qū)分出綁定的是否是非常量右值的情況。那么,為什么要對(duì)非常量右值進(jìn)行區(qū)分呢,區(qū)分出來了又有什么好處呢?這就牽涉到C++中一個(gè)著名的性能問題——拷貝臨時(shí)對(duì)象。考慮下面的代碼:
vector<int> GetAllScores()
{
vector<int> vctTemp;
vctTemp.push_back(90);
vctTemp.push_back(95);
return vctTemp;
}
當(dāng)使用vector<int> vctScore = GetAllScores()進(jìn)行初始化時(shí),實(shí)際上調(diào)用了三次構(gòu)造函數(shù)。盡管有些編譯器可以采用RVO(Return Value Optimization)來進(jìn)行優(yōu)化,但優(yōu)化工作只在某些特定條件下才能進(jìn)行??梢钥吹?,上面很普通的一個(gè)函數(shù)調(diào)用,由于存在臨時(shí)對(duì)象的拷貝,導(dǎo)致了額外的兩次拷貝構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)的開銷。當(dāng)然,我們也可以修改函數(shù)的形式為void GetAllScores(vector<int> &vctScore),但這并不一定就是我們需要的形式。另外,考慮下面字符串的連接操作:
string s1("hello");
string s = s1 + "a" + "b" + "c" + "d" + "e"
在對(duì)s進(jìn)行初始化時(shí),會(huì)產(chǎn)生大量的臨時(shí)對(duì)象,并涉及到大量字符串的拷貝操作,這顯然會(huì)影響程序的效率和性能。怎么解決這個(gè)問題呢?如果我們能確定某個(gè)值是一個(gè)非常量右值(或者是一個(gè)以后不會(huì)再使用的左值),則我們?cè)谶M(jìn)行臨時(shí)對(duì)象的拷貝時(shí),可以不用拷貝實(shí)際的數(shù)據(jù),而只是“竊取”指向?qū)嶋H數(shù)據(jù)的指針(類似于STL中的auto_ptr,會(huì)轉(zhuǎn)移所有權(quán))。C++ 11中引入的右值引用正好可用于標(biāo)識(shí)一個(gè)非常量右值。C++ 11中用&表示左值引用,用&&表示右值引用,如:
int &&a = 10
右值引用根據(jù)其修飾符的不同,也可以分為非常量右值引用和常量右值引用。
非常量右值引用只能綁定到非常量右值,不能綁定到非常量左值、常量左值和常量右值(VS2010 beta版中可以綁定到非常量左值和常量左值,但正式版中為了安全起見,已不允許)。如果允許綁定到非常量左值,則可能會(huì)錯(cuò)誤地竊取一個(gè)持久對(duì)象的數(shù)據(jù),而這是非常危險(xiǎn)的;如果允許綁定到常量左值和常量右值,則非常量右值引用可以用于修改常量左值和常量右值,這明顯違反了其常量的含義。
常量右值引用可以綁定到非常量右值和常量右值,不能綁定到非常量左值和常量左值(理由同上)。
有了右值引用的概念,我們就可以用它來實(shí)現(xiàn)下面的CMyString類。
class CMyString
{
public:
// 構(gòu)造函數(shù)
CMyString(const char *pszSrc = NULL)
{
cout << "CMyString(const char *pszSrc = NULL)" << endl;
if (pszSrc == NULL)
{
m_pData = new char[1];
*m_pData = '