C++11中的移动语义

一、核心概念

• 左值与右值：

  • 左值（Lvalue）：可以取地址的对象（有名字的变量），如int a = 5;中的a。
  • 右值（Rvalue）：临时对象或字面量（无名字），如5、表达式a + b的结果、函数返回的临时对象。

• 移动语义：
  当操作右值（临时对象）时，不复制其资源（如堆内存），而是直接 “窃取” 资源的所有权，避免不必要的内存分配 / 释放，提升效率。

二、移动构造函数

1. 定义

移动构造函数是一种特殊的构造函数，参数为当前类的右值引用，用于从右值对象 “移动” 资源到新对象。

class MyString {
private:
    char* data;
    int length;

public:
    // 移动构造函数（参数为右值引用）
    MyString(MyString&& other) noexcept 
        : data(other.data), length(other.length) {
        // 标记原对象资源为“空”，避免析构时重复释放
        other.data = nullptr;
        other.length = 0;
    }
};

2. 特点

• 参数必须是右值引用（&&），且通常不应该是const（因为需要修改原对象）。
• 通常用noexcept修饰（告诉编译器此函数不会抛出异常，便于容器优化）。
• 作用：接管右值对象的资源（如堆内存、文件句柄），原对象会被置为 “空状态”（避免析构冲突）。

三、移动赋值运算符

1. 定义

移动赋值运算符用于将一个右值对象的资源 “移动” 给已存在的对象，类似于移动构造，但针对的是赋值操作。

class MyString {
public:
    // 移动赋值运算符
    MyString& operator=(MyString&& other) noexcept {
        if (this != &other) {  // 避免自赋值
            // 释放当前对象的资源
            delete[] data;
            
            // 接管右值对象的资源
            data = other.data;
            length = other.length;
            
            // 标记原对象资源为“空”
            other.data = nullptr;
            other.length = 0;
        }
        return *this;
    }
};

2. 特点

• 与移动构造类似，参数为右值引用，通常用noexcept修饰。
• 需先释放当前对象的资源，再接管右值对象的资源，最后处理原对象。

四、与拷贝构造 / 赋值的区别

五、问题

1. 何时会调用移动构造 / 赋值？

   • 当实参是右值时（如临时对象、std::move转换的左值）。
     例：

   MyString a;
   MyString b = std::move(a);  // 调用移动构造（a被转为右值）
   b = MyString("temp");       // 调用移动赋值（临时对象是右值）
   

2. std::move的作用？

   • 并非 “移动” 资源，而是将左值强制转换为右值引用，让编译器优先选择移动语义。
   • 注意：std::move后原对象可能变为 “空状态”，不应再使用（除非重新赋值）。

3. 默认移动函数的生成规则？

   • 若用户未定义任何拷贝构造、拷贝赋值、移动构造、移动赋值或析构函数，编译器会自动生成默认移动函数。
   • 若定义了拷贝操作（拷贝构造 / 赋值），编译器不会自动生成移动函数（需手动定义）。
   • 若定义了移动函数，默认拷贝函数会被删除（需显式定义才可用）。

4. 为什么移动函数通常用noexcept？

   • 标准容器（如vector）在扩容时，若元素的移动构造是noexcept，会使用移动语义；否则会使用拷贝（避免移动中抛异常导致数据丢失）。
   • 加上noexcept可提升容器操作的效率。

5. 移动语义的优势？

   • 避免临时对象的深拷贝，减少内存分配 / 释放开销（尤其对大对象，如字符串、容器）。
   • 例：函数返回大对象时，编译器可通过移动语义避免拷贝（返回值优化 RVO 的补充）。

6. 如何禁用移动语义？

   • 显式删除移动函数：MyString(MyString&&) = delete;
   • 或定义拷贝函数（编译器不再生成默认移动函数）。

六、经典场景示例

#include <iostream>
#include <utility> // for std::move

class Resource {
private:
    int* data;
public:
    Resource() : data(new int[1000]) { 
        std::cout << "构造函数：分配资源\n"; 
    }

    // 移动构造
    Resource(Resource&& other) noexcept : data(other.data) {
        other.data = nullptr;
        std::cout << "移动构造：转移资源\n";
    }

    // 移动赋值
    Resource& operator=(Resource&& other) noexcept {
        if (this != &other) {
            delete[] data;
            data = other.data;
            other.data = nullptr;
            std::cout << "移动赋值：转移资源\n";
        }
        return *this;
    }

    ~Resource() {
        if (data) delete[] data;
        std::cout << "析构函数：释放资源\n";
    }
};

int main() {
    Resource a;               // 构造：分配资源
    Resource b = std::move(a); // 移动构造：b接管a的资源（a变为空）
    Resource c;
    c = std::move(b);         // 移动赋值：c接管b的资源（b变为空）
    return 0;
}

输出：

构造函数：分配资源
移动构造：转移资源
构造函数：分配资源
移动赋值：转移资源
析构函数：释放资源
析构函数：释放资源
析构函数：释放资源