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stout程式碼分析之十:c++11之move和forward

  stout中大量使用了c++11的特性,而c++11中move和forward大概是最神奇的特性了.

  1. 左值和右值的區別
int a = 0;   // a是左值,0是右值
int b = rand();  // b是左值,rand()是右值

  直觀理解:左值在等號左邊,右值在等號右邊

  深入理解:左值有名稱,可根據左值獲取其記憶體地址,而右值沒有名稱,不能根據右值獲取地址。

  2. 引用疊加規則

  左值引用A&和右值引用A&& 可相互疊加

A& + A& = A&
A& + A&& = A&
A
&& + A& = A& A&& + A&& = A&&

  舉例示例,void foo(T&& x)中,如果T是int&, x為左值語義,如果T是int&&, x為右值語義

  3. 為什麼要使用std::move

  如果類X包含一個指向某資源的指標,在左值語義下,類X的賦值建構函式如下:

X::X(const X& other)
{
  // ....
  // 銷燬資源 
  // 複製other的資源,並使指標指向它
  // ...
}

  應用程式碼如下,其中,tmp被賦給a之後,便不再使用。

X tmp;
// ...經過一系列初始化...
X a = tmp;

  如上,執行過程按照時間順序如下: 首先執行一次預設建構函式(tmp申請資源),再執行一次複製建構函式(a複製資源), 最後退出作用域時再執行一次解構函式(tmp釋放資源)。既然tmp遲早要被析構掉,在執行復制建構函式的時候,a能不能將tmp的資源“偷“”過來,直接為我所用? 

X::X(const X& other)
{
  // 交換this和other的資源        
}

  這樣可以減少一次資源的建立和釋放。這就是std::move所要實現的。

  4. std::move的實現

  std::move用於強制將左值轉化為右值。其實現方式如下:

template<class T> 
typename remove_reference<T>::type&&
std::move(T&& a) noexcept
{
  typedef typename remove_reference<T>::type&& RvalRef;
  return static_cast<RvalRef>(a);
}

  當a為int左值(右值)時,根據引用疊加原理,T為int&, remove_reference<T> = int, std::move返回型別為int&&,即右值引用

  5. std::move的使用 

#include <utility>             
#include <iostream>            
#include <string>              
#include <vector>              
                               
void foo(const std::string& n) 
{                              
  std::cout << "lvalue" << std::endl;
}                              
                               
void foo(std::string&& n)      
{                              
  std::cout << "rvalue" << std::endl;
}                              
                               
void bar()                     
{                              
  foo("hello");                // rvalue
  std::string a = "world";      
  foo(a);                      // lvalue
  foo(std::move(a));           // rvalue
}

int main()
{
  std::vector<std::string> a = {"hello", "world"};
  std::vector<std::string> b;

  b.push_back("hello");
  b.push_back(std::move(a[1]));

  std::cout << "bsize: " << b.size() << std::endl;
  for (std::string& x: b)
    std::cout << x << std::endl;
  bar();
  return 0;
}

  6. 為什麼要使用std::forward

  首先看下面這段程式碼:

#include <utility>
#include <iostream>

void bar(const int& x)
{
  std::cout << "lvalue" << std::endl;
}

void bar(int&& x)
{
  std::cout << "rvalue" << std::endl;
}

template <typename T>
void foo(T&& x)
{
  bar(x);
  bar(std::forward<T>(x));
}

int main()
{
  int x = 10; 
  foo(x);
  foo(10);
  return 0;
}

  執行foo(10):首先進入函式foo, 執行bar(x), 輸出"lvalue"。這裡有點不合常理,10明明是一個右值,為什麼這裡輸出"lvalue"呢?這是因為10只是作為一個foo的右值引數,但是在foo函式內部,x卻是一個有名字的變數,因此10是bar(x)的左值引數。但是我們想延續10的左值語義,怎麼辦呢?std::forward就派上了用場。

  總而言之,std::forward的目的就是保持std::move的語意。

  7. std::forwar的實現

template<typename T, typename Arg> 
shared_ptr<T> factory(Arg&& arg)
{ 
  return shared_ptr<T>(new T(std::forward<Arg>(arg)));
}
template<class S>
S&& forward(typename remove_reference<S>::type& a) noexcept
{
  return static_cast<S&&>(a);
}
X x;
factory<A>(x);

  如果factory的輸入引數是一個左值 => Arg = X& => std::forward<Arg> = X&, 這種情況下,std::forward<Arg>(arg)仍然是左值。

  相反,如果factory輸入引數是一個右值 => Arg = X => std::forward<Arg> = X, 這種情況下,std::forward<Arg>(arg)是一個右值。

  8. std::forward的使用

  直接上碼,如果前面都懂了,相信這段程式碼的輸出結果也能猜個八九不離十了。  

#include <utility>
#include <iostream>

void overloaded(const int& x)
{
  std::cout << "[lvalue]" << std::endl;
}

void overloaded(int&& x)
{
  std::cout << "[rvalue]" << std::endl;
}

template <class T> void fn(T&& x)
{
  overloaded(x);
  overloaded(std::forward<T>(x));
}

int main()
{
  int i = 10; 
  overloaded(std::forward<int>(i));
  overloaded(std::forward<int&>(i));
  overloaded(std::forward<int&&>(i));
  
  fn(i);
  fn(std::move(i));

  return 0;
}

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