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聊聊 C++ 右值引用 和 移動構(gòu)造函數(shù)

開發(fā) 前端
總之 右值引用 可以讓你盡可能的復(fù)用一些中間對象,達到一個性能上的提升,其實對 C# 程序員來說,這么簡單的引用賦值,C++ 搞出了這么多概念,真的很難理解,可能還是那句話,這是 C++ 的值類型優(yōu)先的基因決定的。

一、背景

最近在看 C++ 的右值引用和移動構(gòu)造函數(shù),感覺這東西一時半會還挺難理解的,可能是沒踩過這方面的坑,所以沒有那么大的深有體會,不管怎么說,這一篇我試著聊一下。

二、右值引用

1. 它到底解決了什么問題?

在其他編程語言中,很少聽到 右值引用? 這個詞,我個人感覺還是 C++? 這個 值類型? 優(yōu)先的語言基因決定的,我們都知道 值類型? 作為方法參數(shù)或者返回值時會生成自身的副本,如果值類型很大,那一來一回生成若干個深復(fù)制的 臨時對象 將會產(chǎn)生巨大的性能開銷。

總結(jié)一句話:右值引用? 就是盡可能的減少這中間 臨時對象 個數(shù),尤其是關(guān)聯(lián)到 heap 上的對象,僅此而已。

2. 右值引用是個什么樣子?

說到 右值引用? 得先說什么是 右值,左值? , 左值? 一般都是帶有內(nèi)存地址的變量,而右值一般是立即數(shù)或者運算過程中的臨時對象,這種對象不會有地址值,是不是很繞,我舉個例子吧。

int main()
{
int i = 10;
int j = 11;

int sum = i + j;
}

10,11,(i+j)

屬于右值,因為它本身沒有內(nèi)存地址,除非把它們放入到棧中或者堆中。

i,j,sum

屬于左值,因為它們是線程棧上地址的標(biāo)識符。

知道了 左右值? 概念,接下來理解 左右值引用? 就很簡單了,既然是 引用,必然是多個變量指向同一個地址,對吧,修改下代碼如下:

int main()
{
int i = 10;
int& k = i; //左值引用


int&& m = 10; //右值引用
}

接下來看下匯編代碼:

33:  int i = 10;
00FB182F mov dword ptr [ebp-0Ch],0Ah
34: int& k = i;
00FB182F mov dword ptr [ebp-0Ch],0Ah
00FB1836 lea eax,[ebp-0Ch]
00FB1839 mov dword ptr [ebp-18h],eax
36: int&& m = 10;
00FB183C mov dword ptr [ebp-30h],0Ah
00FB1843 lea eax,[ebp-30h]
00FB1846 mov dword ptr [ebp-24h],eax

從匯編代碼看,它們是一模一樣的,也就是說在匯編層面,其實并沒有 右值引用? 和 左值引用 一說。

有了這些基礎(chǔ),我們來看下更復(fù)雜的 class 結(jié)構(gòu)。

三、右值引用如何減少對象的創(chuàng)建

1. 簡要思路

其實仔細想一想,減少臨時對象的創(chuàng)建,無非就是在運算過程中復(fù)用一些對象,不需要每次都走賦值構(gòu)造函數(shù)來進行深復(fù)制,畫個圖就像下面這樣。

圖片

明白了這個思路,接下來我們舉一個例子說明。

2. 一個簡單的例子

C++ 最煩的地方就是有太多的構(gòu)造函數(shù)?, 數(shù)不勝數(shù),太尷尬了,這里我做一個簡單的 + 操作例子。

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

class StringBuidler {
public:
char* str;
int length;
public:
StringBuidler() {}
StringBuidler(int len, char c) {
this->str = new char[len];
this->str[0] = c;
this->length = len;
}

StringBuidler(const StringBuidler& s) {

printf("StringBuidler:深復(fù)制 \n");
this->length = s.length;
this->str = new char[s.length];

for (size_t i = 0; i < length; i++)
{
this->str[i] = s.str[i];
}
}

StringBuidler operator+(const StringBuidler& p) {

StringBuidler tmp;

tmp.length = this->length + p.length;
tmp.str = new char[tmp.length];

int index = 0;

for (size_t i = 0; i < this->length; i++)
{
tmp.str[index++] = this->str[i];
}
for (size_t i = 0; i < p.length; i++)
{
tmp.str[index++] = p.str[i];
}

return tmp;
}
};

int main()
{
StringBuidler s1(10, 'a');
StringBuidler s2(5, 'b');

StringBuidler s3 = s1 + s2;

printf("s3.length=%d, s1.length=%d, s2.length=%d \n", s3.length, s1.length, s2.length);
}

圖片

從這個例子中可以看到,s1+s2? 操作中出現(xiàn)了一次 深copy?,具體代碼出現(xiàn)在 return 處,匯編代碼如下:

圖片

因為是深復(fù)制,所以會再次生成一個 new char[]? ,如果 new char[]? 很大,那將會是不必要的性能開銷,能不能像我畫的圖一樣,將 s3 中的 str? 指針直接指向 tmp 所持有的 heap 上的 char[] 數(shù)組來達到復(fù)用目的呢?肯定是可以的。

3. 性能優(yōu)化方案

這里需要用右值引用? + 移動構(gòu)造函數(shù)? 讓 s3.str? 指向 tmp.str,從而避免復(fù)制構(gòu)造函數(shù),在 StringBuilder 類中加一個方法如下:

StringBuidler(StringBuidler&& s) {
this->str = s.str;
this->length = s.length;

s.str = nullptr;
}

然后把程序跑起來,截圖如下:

圖片

可以看到,深復(fù)制已經(jīng)沒有了,這個過程會在  return? 處被調(diào)用,編譯器會判斷如果是右值的話,自動走 移動構(gòu)造函數(shù)?,沒有這個函數(shù)就會走 賦值構(gòu)造函數(shù)。

四、總結(jié)

總之右值引用可以讓你盡可能的復(fù)用一些中間對象,達到一個性能上的提升,其實對 C# 程序員來說,這么簡單的引用賦值,C++ 搞出了這么多概念,真的很難理解,可能還是那句話,這是 C++ 的值類型優(yōu)先的基因決定的。

責(zé)任編輯:武曉燕 來源: 一線碼農(nóng)聊技術(shù)
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