聊聊 C++ 右值引用 和 移動構造函數
一、背景
最近在看 C++ 的右值引用和移動構造函數，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? 優先的語言基因決定的，我們都知道 值類型? 作為方法參數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制的 臨時對象 將會產生巨大的性能開銷。
總結一句話：右值引用? 就是盡可能的減少這中間 臨時對象 個數，尤其是關聯到 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? 一般都是帶有內存地址的變量，而右值一般是立即數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，我們來看下更復雜的 class 結構。
三、右值引用如何減少對象的創建
1. 簡要思路
其實仔細想一想，減少臨時對象的創建，無非就是在運算過程中復用一些對象，不需要每次都走賦值構造函數來進行深復制，畫個圖就像下面這樣。
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造函數?, 數不勝數，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);
}
從這個例子中可以看到，s1+s2? 操作中出現了一次 深copy?,具體代碼出現在 return 處，匯編代碼如下：
因為是深復制，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[] 數組來達到復用目的呢？肯定是可以的。
3. 性能優化方案
這里需要用右值引用? + 移動構造函數? 讓 s3.str? 指向 tmp.str，從而避免復制構造函數，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：
可以看到，深復制已經沒有了，這個過程會在 return? 處被調用，編譯器會判斷如果是右值的話，自動走 移動構造函數?，沒有這個函數就會走 賦值構造函數。
四、總結
總之右值引用可以讓你盡可能的復用一些中間對象，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++ 的值類型優先的基因決定的。
