c++ 类的特殊成员函数：移动构造函数（五）

1. 简介

移动构造函数是C++11中的新特性，它允许对象通过移动而不是复制来传递和初始化。移动构造函数通常用于提高性能，因为它避免了不必要的复制操作，特别是当处理大型对象或使用动态内存分配时。

2. 来源

当拷贝构造函数出现函数返回值 （返回对象）时，代码如下：

#include 
#include 

using namespace std;

class stu {
public:
    string* name = nullptr;
    int age;

    stu() {
        cout << "无参构造" << endl;
    }
//    stu() : name(nullptr) {
//        cout << "无参构造" << endl;
//    }

    stu(const string& n, int a) : name(new string(n)), age(a) {
        cout << "有参构造" << endl;
    }

    stu(const stu& s) : name(new string(*s.name)), age(s.age) {
        cout << "拷贝构造" << endl;
    }


    ~stu() {
        delete name;  // 释放堆上分配的内存
        name = nullptr;
        cout << "析构函数" << endl;
    }
};

stu createstu() {
    stu s("华云飞", 240);
    return s;
}

int main() {
    stu s1 = createstu();

    return 0;
}

g++ 编译时运行输出如下：

有参构造
析构函数

MSVC 编译时运行输出如下：

有参构造
拷贝构造
析构函数
析构函数

这种现象是编译器自动优化，编译器有时候为了避免拷贝生成临时对象而消耗内存空间，所以默认会有优化、避免发生过多的拷贝动作所以打印的日志可能不是我们所期望的，这时候，如果手动编译的话，可以添加参数：

#如果手动编译 可以添加以下参数  -fno-elide-constructors 
g++ -std=c++11  xxx.cpp -fno-elide-constructors

# 如果使用cmake编译，可以添加配置   
CMakeLists.txt 中前面添加：
set(CMAKE_CXX_FLAGS "${CMAKE_CXX_FLAGS} -fno-elide-constructors")

这时运行结果：

有参构造
拷贝构造
析构函数
拷贝构造
析构函数
析构函数

原因解释：

先创建 对象 s stu s("华云飞", 240), 然后执行拷贝构造得到临时对象，接着执行析构函数销毁对象s , 再执行拷贝构造得到对象 s1,接着执行析构函数销毁临时对象，最后再销毁对象 s1,完成整个代码过程。

2.1 tips：

如果编译信息中有如下提示：

cl: 命令行 warning D9002 :忽略未知选项“-fno-elide-constructors”

则：

在 CLion 中使用 cl 编译器时，如果看到类似的警告消息 "warning D9002: ignoring unknown option '-fno-elide-constructors'"，这是因为 -fno-elide-constructors 是一个 g++（GCC）编译器选项，而不是 Visual C++（cl）编译器选项。

-fno-elide-constructors 选项用于禁用 C++ 编译器对构造函数进行优化的过程。然而，Visual C++ 的 cl 编译器默认情况下不支持此选项。

如果想在 CLion 中使用 -fno-elide-constructors 选项，需要将项目配置更改为使用 g++ 编译器而不是 cl 编译器。可以按照以下步骤进行更改：

打开 CLion 并导航到 File -> Settings（Windows/Linux）或 CLion -> Preferences（MacOS）。
在设置面板中选择 Build, Execution, Deployment -> Toolchains。
在右侧的 "CMake" 栏中，点击下拉箭头选择已安装的 g++ 工具链。
确保勾选 "Use this toolchain for building" 复选框，并点击 Apply 或 OK 保存更改。
通过这样的配置更改，CLion 将使用 g++ 编译器来构建项目，应该能够正常使用 -fno-elide-constructors 选项了。请注意，在切换编译器之后可能需要重新加载项目或重新生成 CMake 配置。

如图：

3. 移动构造

拷贝构造有时会有一些弊端，数据拷贝太多，浪费内存，尤其是一些即将消亡的对象，这些对象销毁了，但是它们的数据还要拷贝出来，我们需要使用。而移动构造让新对象直接接管消亡对象的数据，不用重新开辟空间来拷贝数据。
代码：

#include 
#include 

using namespace std;

class stu {
public:
    string* name = nullptr;
    int age;

    stu(){
        cout << "无参构造" << endl;
    }
//    stu() : name(nullptr) {
//        cout << "无参构造" << endl;
//    }

    stu(const string& n, int a) : name(new string(n)), age(a) {
        cout << "有参构造" << endl;
    }

    stu(const stu& s) : name(new string(*s.name)), age(s.age) {
        cout << "拷贝构造" << endl;
    }

// 移动构造函数  移动构造函数操作的是右值，也就是说，它主要是针对数据来说的。
    stu(stu && s){
//      让新对象持有数据的控制权
        name = s.name;
        age = s.age;
//      让原对象放弃数据的控制权  
        s.name = nullptr;
        s.age = 0;
        cout << "移动构造" << endl;
    }

//    stu(stu && s):name(s.name),age(s.age){
//        s.name = nullptr;
//        cout << "移动构造" << endl;
//    }


    ~stu() {
        if(name!= nullptr){
            delete name;  // 释放堆上分配的内存
            name = nullptr;
        }
        cout << "析构函数" << endl;
    }
};

stu createstu() {
    stu s("华云飞", 240);
    cout << "s: " <<s.name << " " << *s.name<< " " << s.age << " " << &s.age <<  " " << &s<<endl;
    return s;
}

int main() {
    stu s1 = createstu();
    cout << "s1: " <<s1.name << " " << *s1.name<< " " << s1.age  << " " << &s1.age <<  " " << &s1 <<endl;
    return 0;
}

运行结果：

有参构造
s: 000002452CA5FEA0 华云飞 240 000000F4F4F7FC60 000000F4F4F7FC58 
移动构造
析构函数
移动构造
析构函数
s1: 000002452CA5FEA0 华云飞 240  000000F4F4F7FD00 000000F4F4F7FCF8
析构函数

先执行有参构造 stu s("华云飞", 240) 生成对象s, 在执行移动构造把 对象s 中的数据的所有权递交给临时对象，同时让原对象放弃数据的控制权

同理 临时对象和 对象s1移动构造也是一样的。

4. std::move 函数

4.1 左值转右值

#include 
#include 

using namespace std;

int add(int &&a , int  && b){
    return a + b;
}


int main() {

    int a = 20; // a : 左值  , 20 : 右值

    int & b = a ; // b : 左值引用 ， a:左值
    int && c = 30 ; // c :右值引用 ， 30 ：右值
    //把左值变成右值。
    int && d = move(a); // d : 右值引用 , a :左值

    int num1 = 40 , num2 = 50;
    add(move(num1) ,move(num2));
    add(60 ,70);


    return 0;
}

4.2 对象转换为右值引用

std::move 是一个函数模板，用于将对象转换为右值引用，并且表明该对象的所有权可以被移动。当使用 std::move 将一个对象作为参数传递给其他函数时，意味着放弃了对该对象的所有权，并允许接收函数直接获取并修改其内部状态。这在实现高效的移动语义和避免不必要的拷贝构造/赋值操作时非常有用。

#include 
#include 

using namespace std;

class stu {
public:
    string* name = nullptr;
    int age;

    stu(){
        cout << "无参构造" << endl;
    }


    stu(const string& n, int a) : name(new string(n)), age(a) {
        cout << "有参构造" << endl;
    }

    stu(const stu& s) : name(new string(*s.name)), age(s.age) {
        cout << "拷贝构造" << endl;
    }


    stu(stu && s){

        name = s.name;
        age = s.age;

        s.name = nullptr;
        s.age = 0;
        cout << "移动构造" << endl;
    }


    ~stu() {
        if(name!= nullptr){
            delete name;  // 释放堆上分配的内存
            name = nullptr;
        }
        cout << "析构函数" << endl;
    }
};


int main() {

    stu s0;
    stu s("华云飞", 240);
    cout << "s: " <<s.name << " " << *s.name<< " " << s.age  << " " << &s.age <<endl;
    stu s2 = move(s);
    cout << "s2: " <<s2.name << " " << *s2.name<< " " << s2.age  << " " << &s2.age <<endl;
    
    return 0;
}

运行结果：

无参构造
有参构造
s: 00000223323E3F70 华云飞 240 0000007C39CFF880
移动构造
s2: 00000223323E3F70 华云飞 240 0000007C39CFF8D0
析构函数
析构函数
析构函数

5. 总结

C++中的移动构造函数是一种特殊的构造函数，用于在对象被移动时执行高效的资源转移操作。它主要用于提高程序的性能和内存管理效率。

在C++11及以上版本中引入了移动语义，通过右值引用（Rvalue Reference）来实现。移动构造函数使用 && 运算符作为参数类型标识，并且接受一个右值引用参数。通常情况下，它会将传入的参数对象的资源指针拷贝到当前对象，并将原始对象置为空状态，避免进行额外的资源拷贝或分配。

移动构造函数常用于以下场景：

1. 在容器类中进行元素插入或重新排序时，可以利用移动语义避免不必要的数据复制。
   当使用动态容器（如 std::vector、std::list）存储大量对象时，容器可能会不断地进行内存重新分配和数据复制。在这种情况下，移动构造函数可以通过将对象的所有权从旧容器移动到新容器，避免不必要的数据复制，提高性能。

std::vector<BigObject> CreateBigObjects() {
    std::vector<BigObject> objects;
    // 添加大量对象到容器中
    // ...
    return objects;  // 移动构造函数被调用，避免了大量的数据复制
}

详细代码：

std::vector<int> createVector() {
    std::vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5};
    return std::move(v); // 使用移动构造返回v
}

void processVector(std::vector<int>&& v) {
    // 使用移动构造接受右值引用参数v
    // 这里可以直接使用v，无需进行额外的拷贝
    for (int i : v) {
        std::cout << i << " ";
    }
}

int main() {
    std::vector<int> vec = createVector(); // 使用移动构造初始化vec
    processVector(std::move(vec)); // 将vec作为右值引用传递给函数
}

2. 在函数返回值时，可以通过移动语义避免大量数据拷贝操作。
   临时对象的传递：当在函数间传递临时对象时，移动构造函数可以避免对临时对象进行深拷贝，提高效率。

void ProcessBigObject(BigObject obj) {
    // 处理大对象
}

int main() {
    ProcessBigObject(BigObject());  // 临时对象通过移动构造函数传递，避免了深拷贝
    return 0;
}

详细代码：

#include 
#include 

class Resource {
public:
    int* data;

    Resource() : data(nullptr) {}

    Resource(int size) {
        data = new int[size];
        std::cout << "Resource allocated!" << std::endl;
    }

    // 移动构造函数
    Resource(Resource&& other) noexcept {
        data = other.data;     // 转移资源所有权
        other.data = nullptr;  // 清空原始指针
        std::cout << "Resource moved!" << std::endl;
    }

    ~Resource() {
        if (data != nullptr) {
            delete[] data;
            std::cout << "Resource deallocated!" << std::endl;
        }
    }
};

int main() {
    Resource res1(100);  // 创建一个资源对象

    Resource res2(std::move(res1));  // 使用移动构造将资源从res1转移到res2

    std::vector<Resource> vec;
    vec.push_back(std::move(res2));  // 使用移动构造将资源从res2转移到容器中的元素

    return 0;
}

3. 在使用智能指针等管理资源的类中，可以通过移动语义进行资源所有权的转移。
   动态内存管理：当使用动态分配的内存（如使用 new 运算符分配的内存）来存储对象时，移动构造函数可以在对象的所有权转移后，正确管理内存的释放，避免内存泄漏。

std::unique_ptr<BigObject> CreateBigObject() {
    std::unique_ptr<BigObject> obj = std::make_unique<BigObject>();
    // 对对象进行初始化
    // ...
    return obj;  // 移动构造函数被调用，正确管理内存的释放
}