c++11 左值 右值引用
2018-03-07 09:51
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关于左值和右值的定义
左值是有名字的变量(对象),可以被赋值,可以在多条语句中使用,而右值呢,就是临时变量(对象),没有名字,只能在一条语句中出现,不能被赋值。
在 C++11 之前,右值是不能被引用的,最大限度就是用常量引用绑定一个右值,如 :
const int& i = 3;
在这种情况下,右值不能被修改的。但是实际上右值是可以被修改的,如 :
T().set().get();
T 是一个类,set 是一个函数为 T 中的一个变量赋值,get 用来取出这个变量的值。在这句中,T() 生成一个临时对象,就是右值,set() 修改了变量的值,也就修改了这个右值。
既然右值可以被修改,那么就可以实现右值引用。右值引用能够方便地解决实际工程中的问题,实现非常有吸引力的解决方案。
右值引用
左值的声明符号为”&”, 为了和左值区分,右值的声明符号为”&&”。两个引号&&是C++ 11提出的一个新的引用类型。记住,这是一个新的类型。默念10次吧
给出一个实例程序如下
#include <iostream>
void process_value(int& i)
{
std::cout << "LValue processed: " << i << std::endl;
}
void process_value(int&& i)
{
std::cout << "RValue processed: " << i << std::endl;
}
int main()
{
int a = 0;
process_value(1);
process_value(a);
}
结果如下
wxl@dev:~$ g++ -std=c++11 test.cpp
wxl@dev:~$ ./a.out
LValue processed: 1
RValue processed: 0
Process_value 函数被重载,分别接受左值和右值。由输出结果可以看出,临时对象是作为右值处理的
看一下右值引用的用法:
class MyClassB
{
public:
void init(int & intval)
{ cout<<"use & print"<<endl;};
void init(int &&intval)
{ cout<<"use && print"<<endl;}
};
int main(void)
{
int ae = 10;
MyClassB().init(10);
MyClassB().init(ae);
return 0;
}
打印
use && print
use & print
可以看出,传入不同类型的值,编译器自动识别调用了不同的函数。
下面涉及到一个问题:
x的类型是右值引用,指向一个右值,但x本身是左值还是右值呢?C++11对此做出了区分:
Things that are declared as rvalue reference can be lvalues or rvalues. The distinguishing criterion is: if it has a name, then it is an lvalue. Otherwise, it is an rvalue.
翻译一下:
被声明为右值引用的东西可以是左值或右值。区别的标准是:如果它有一个名字,那么它就是一个左值。否则,它是一个右值。
对上面的程序稍作修改就可以印证这个说法
#include <iostream>
void process_value(int& i)
{
std::cout << "LValue processed: " << i << std::endl;
}
void process_value(int&& i)
{
std::cout << "RValue processed: " << std::endl;
}
int main()
{
int a = 0;
process_value(a);
int&& x = 3;
process_value(x);
}
wxl@dev:~$ g++ -std=c++11 test.cpp
wxl@dev:~$ ./a.out
LValue processed: 0
LValue processed: 3
x 是一个右值引用,指向一个右值3,但是由于x是有名字的,所以x在这里被视为一个左值,所以在函数重载的时候选择为第一个函数。
第二个process_value函数的i的类型是右值引用类型,但它却是一个左值,因为它是某一个类型变量嘛。
右值引用的意义
直观意义:为临时变量续命,也就是为右值续命,因为右值在表达式结束后就消亡了,如果想继续使用右值,那就会动用昂贵的拷贝构造函数。(关于这部分,推荐一本书《深入理解C++11》)
右值引用是用来支持转移语义的。转移语义可以将资源 ( 堆,系统对象等 ) 从一个对象转移到另一个对象,这样能够减少不必要的临时对象的创建、拷贝以及销毁,能够大幅度提高 C++ 应用程序的性能。临时对象的维护 ( 创建和销毁 ) 对性能有严重影响。
转移语义是和拷贝语义相对的,可以类比文件的剪切与拷贝,当我们将文件从一个目录拷贝到另一个目录时,速度比剪切慢很多。
通过转移语义,临时对象中的资源能够转移其它的对象里。
在现有的 C++ 机制中,我们可以定义拷贝构造函数和赋值函数。要实现转移语义,需要定义转移构造函数,还可以定义转移赋值操作符。对于右值的拷贝和赋值会调用转移构造函数和转移赋值操作符。如果转移构造函数和转移拷贝操作符没有定义,那么就遵循现有的机制,拷贝构造函数和赋值操作符会被调用。
普通的函数和操作符也可以利用右值引用操作符实现转移语义。
转移语义以及转移构造函数和转移复制运算符
以一个简单的 string 类为示例,实现拷贝构造函数和拷贝赋值操作符。
class MyString {
private:
char* _data;
size_t _len;
void _init_data(const char *s) {
_data = new char[_len+1];
memcpy(_data, s, _len);
_data[_len] = '\0';
}
public:
MyString() {
_data = NULL;
_len = 0;
}
MyString(const char* p) {
_len = strlen (p);
_init_data(p);
}
MyString(const MyString& str) {
_len = str._len;
_init_data(str._data);
std::cout << "Copy Constructor is called! source: " << str._data << std::endl;
}
MyString& operator=(const MyString& str) {
if (this != &str) {
_len = str._len;
_init_data(str._data);
}
std::cout << "Copy Assignment is called! source: " << str._data << std::endl;
return *this;
}
virtual ~MyString() {
if (_data) free(_data);
}
};
int main() {
MyString a;
a = MyString("Hello");
std::vector<MyString> vec;
vec.push_back(MyString("World"));
}
打印
Copy Assignment is called! source: Hello
Copy Constructor is called! source: World
这个 string 类已经基本满足我们演示的需要。在 main 函数中,实现了调用拷贝构造函数的操作和拷贝赋值操作符的操作。MyString(“Hello”) 和 MyString(“World”) 都是临时对象,也就是右值。虽然它们是临时的,但程序仍然调用了拷贝构造和拷贝赋值,造成了没有意义的资源申请和释放的操作。如果能够直接使用临时对象已经申请的资源,既能节省资源,有能节省资源申请和释放的时间。这正是定义转移语义的目的。
我们先定义转移构造函数。
MyString(MyString&& str) {
std::cout << "Move Constructor is called! source: " << str._data << std::endl;
_len = str._len;
_data = str._data;
str._len = 0;
str._data = NULL;
}
有下面几点需要对照代码注意:
1. 参数(右值)的符号必须是右值引用符号,即“&&”。
2. 参数(右值)不可以是常量,因为我们需要修改右值。
3. 参数(右值)的资源链接和标记必须修改。否则,右值的析构函数就会释放资源。转移到新对象的资源也就无效了。
现在我们定义转移赋值操作符。
MyString& operator=(MyString&& str) {
std::cout << "Move Assignment is called! source: " << str._data << std::endl;
if (this != &str) {
_len = str._len;
_data = str._data;
str._len = 0;
str._data = NULL;
}
return *this;
}
这里需要注意的问题和转移构造函数是一样的。
增加了转移构造函数和转移复制操作符后,我们的程序运行结果为 :
由此看出,编译器区分了左值和右值,对右值调用了转移构造函数和转移赋值操作符。节省了资源,提高了程序运行的效率。
有了右值引用和转移语义,我们在设计和实现类时,对于需要动态申请大量资源的类,应该设计转移构造函数和转移赋值函数,以提高应用程序的效率。
左值是有名字的变量(对象),可以被赋值,可以在多条语句中使用,而右值呢,就是临时变量(对象),没有名字,只能在一条语句中出现,不能被赋值。
在 C++11 之前,右值是不能被引用的,最大限度就是用常量引用绑定一个右值,如 :
const int& i = 3;
在这种情况下,右值不能被修改的。但是实际上右值是可以被修改的,如 :
T().set().get();
T 是一个类,set 是一个函数为 T 中的一个变量赋值,get 用来取出这个变量的值。在这句中,T() 生成一个临时对象,就是右值,set() 修改了变量的值,也就修改了这个右值。
既然右值可以被修改,那么就可以实现右值引用。右值引用能够方便地解决实际工程中的问题,实现非常有吸引力的解决方案。
右值引用
左值的声明符号为”&”, 为了和左值区分,右值的声明符号为”&&”。两个引号&&是C++ 11提出的一个新的引用类型。记住,这是一个新的类型。默念10次吧
给出一个实例程序如下
#include <iostream>
void process_value(int& i)
{
std::cout << "LValue processed: " << i << std::endl;
}
void process_value(int&& i)
{
std::cout << "RValue processed: " << i << std::endl;
}
int main()
{
int a = 0;
process_value(1);
process_value(a);
}
结果如下
wxl@dev:~$ g++ -std=c++11 test.cpp
wxl@dev:~$ ./a.out
LValue processed: 1
RValue processed: 0
Process_value 函数被重载,分别接受左值和右值。由输出结果可以看出,临时对象是作为右值处理的
看一下右值引用的用法:
class MyClassB
{
public:
void init(int & intval)
{ cout<<"use & print"<<endl;};
void init(int &&intval)
{ cout<<"use && print"<<endl;}
};
int main(void)
{
int ae = 10;
MyClassB().init(10);
MyClassB().init(ae);
return 0;
}
打印
use && print
use & print
可以看出,传入不同类型的值,编译器自动识别调用了不同的函数。
下面涉及到一个问题:
x的类型是右值引用,指向一个右值,但x本身是左值还是右值呢?C++11对此做出了区分:
Things that are declared as rvalue reference can be lvalues or rvalues. The distinguishing criterion is: if it has a name, then it is an lvalue. Otherwise, it is an rvalue.
翻译一下:
被声明为右值引用的东西可以是左值或右值。区别的标准是:如果它有一个名字,那么它就是一个左值。否则,它是一个右值。
对上面的程序稍作修改就可以印证这个说法
#include <iostream>
void process_value(int& i)
{
std::cout << "LValue processed: " << i << std::endl;
}
void process_value(int&& i)
{
std::cout << "RValue processed: " << std::endl;
}
int main()
{
int a = 0;
process_value(a);
int&& x = 3;
process_value(x);
}
wxl@dev:~$ g++ -std=c++11 test.cpp
wxl@dev:~$ ./a.out
LValue processed: 0
LValue processed: 3
x 是一个右值引用,指向一个右值3,但是由于x是有名字的,所以x在这里被视为一个左值,所以在函数重载的时候选择为第一个函数。
第二个process_value函数的i的类型是右值引用类型,但它却是一个左值,因为它是某一个类型变量嘛。
右值引用的意义
直观意义:为临时变量续命,也就是为右值续命,因为右值在表达式结束后就消亡了,如果想继续使用右值,那就会动用昂贵的拷贝构造函数。(关于这部分,推荐一本书《深入理解C++11》)
右值引用是用来支持转移语义的。转移语义可以将资源 ( 堆,系统对象等 ) 从一个对象转移到另一个对象,这样能够减少不必要的临时对象的创建、拷贝以及销毁,能够大幅度提高 C++ 应用程序的性能。临时对象的维护 ( 创建和销毁 ) 对性能有严重影响。
转移语义是和拷贝语义相对的,可以类比文件的剪切与拷贝,当我们将文件从一个目录拷贝到另一个目录时,速度比剪切慢很多。
通过转移语义,临时对象中的资源能够转移其它的对象里。
在现有的 C++ 机制中,我们可以定义拷贝构造函数和赋值函数。要实现转移语义,需要定义转移构造函数,还可以定义转移赋值操作符。对于右值的拷贝和赋值会调用转移构造函数和转移赋值操作符。如果转移构造函数和转移拷贝操作符没有定义,那么就遵循现有的机制,拷贝构造函数和赋值操作符会被调用。
普通的函数和操作符也可以利用右值引用操作符实现转移语义。
转移语义以及转移构造函数和转移复制运算符
以一个简单的 string 类为示例,实现拷贝构造函数和拷贝赋值操作符。
class MyString {
private:
char* _data;
size_t _len;
void _init_data(const char *s) {
_data = new char[_len+1];
memcpy(_data, s, _len);
_data[_len] = '\0';
}
public:
MyString() {
_data = NULL;
_len = 0;
}
MyString(const char* p) {
_len = strlen (p);
_init_data(p);
}
MyString(const MyString& str) {
_len = str._len;
_init_data(str._data);
std::cout << "Copy Constructor is called! source: " << str._data << std::endl;
}
MyString& operator=(const MyString& str) {
if (this != &str) {
_len = str._len;
_init_data(str._data);
}
std::cout << "Copy Assignment is called! source: " << str._data << std::endl;
return *this;
}
virtual ~MyString() {
if (_data) free(_data);
}
};
int main() {
MyString a;
a = MyString("Hello");
std::vector<MyString> vec;
vec.push_back(MyString("World"));
}
打印
Copy Assignment is called! source: Hello
Copy Constructor is called! source: World
这个 string 类已经基本满足我们演示的需要。在 main 函数中,实现了调用拷贝构造函数的操作和拷贝赋值操作符的操作。MyString(“Hello”) 和 MyString(“World”) 都是临时对象,也就是右值。虽然它们是临时的,但程序仍然调用了拷贝构造和拷贝赋值,造成了没有意义的资源申请和释放的操作。如果能够直接使用临时对象已经申请的资源,既能节省资源,有能节省资源申请和释放的时间。这正是定义转移语义的目的。
我们先定义转移构造函数。
MyString(MyString&& str) {
std::cout << "Move Constructor is called! source: " << str._data << std::endl;
_len = str._len;
_data = str._data;
str._len = 0;
str._data = NULL;
}
有下面几点需要对照代码注意:
1. 参数(右值)的符号必须是右值引用符号,即“&&”。
2. 参数(右值)不可以是常量,因为我们需要修改右值。
3. 参数(右值)的资源链接和标记必须修改。否则,右值的析构函数就会释放资源。转移到新对象的资源也就无效了。
现在我们定义转移赋值操作符。
MyString& operator=(MyString&& str) {
std::cout << "Move Assignment is called! source: " << str._data << std::endl;
if (this != &str) {
_len = str._len;
_data = str._data;
str._len = 0;
str._data = NULL;
}
return *this;
}
这里需要注意的问题和转移构造函数是一样的。
增加了转移构造函数和转移复制操作符后,我们的程序运行结果为 :
由此看出,编译器区分了左值和右值,对右值调用了转移构造函数和转移赋值操作符。节省了资源,提高了程序运行的效率。
有了右值引用和转移语义,我们在设计和实现类时,对于需要动态申请大量资源的类,应该设计转移构造函数和转移赋值函数,以提高应用程序的效率。
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