【C++、C++11】列表初始化、右值引用
文章目录
- 前言
- 1. 统一的列表初始化
-
- 1.1 { } 花括号初始化：
- 1.2 std::initializer_list：
- 2. 右值引用
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- 2.1 什么是左值和右值：
- 2.2 右值的分类：
- 2.3 左值引用和右值引用的比较
- 2.3 右值的使用场景：
- 2.4 新的类功能：
前言
在一开始学C++之前我们就简单的了解了一下C++的发展历史，重要的几个结点如下：
| 阶段 | 内容 |
|---|---|
| C withclasses | 类及派生类、公有和私有成员、类的构造和析构、友元、内联函数、赋值运算符重载等 |
| C++98 | C++标准第一个版本，绝大多数编译器都支持，得到了国际标准化组织(ISO)和美国标准化协会认可，以模板方式重写C++标准库，引入了STL(标准模板库) |
| C++11 | 增加了许多特性，使得C++更像一种新语言，比如：正则表达式、基于范围for循环、auto关键字、新容器、列表初始化、标准线程库等 |
| C++20 | 自C++11以来最大的发行版，引入了许多新的特性，比如：**模块(Modules)、协程(Coroutines)、范围(Ranges)、概念(Constraints)**等重大特性，还有对已有特性的更新：比如Lambda支持模板、范围for支持初始化等 |
当然在这些之中还发行了其他的版本，C++还在不断的向后发展。但是：现在公司主流使用还是 C++98和C++11 。
- 相比于C++98/03，C++11则带来了数量可观的变化，其中包含了约140个新特性，以及对C++03标准中约600个缺陷的修正，这使得C++11更像是从C++98/03中孕育出的一种新语言。
- 相比较而言，C++11能更好地用于系统开发和库开发、语法更加泛华和简单化、更加稳定和安全，不仅功能更强大，而且能提升程序员的开发效率，公司实际项目开发中也用得比较多，所以我们要作为一个重点去学习。
C++11官网： 传送门
1. 统一的列表初始化
1.1 { } 花括号初始化：
在我们之前学的C++98中，我们初始化一个变量或者是一个数组或一个对象可以是：
struct Point
{
Point(int x = 1, int y = 2)
: _x(x)
, _y(y)
{}
int _x;
int _y;
};
int main()
{
int x1 = 1;
int x2 = int();
int* p1 = new int(1);
int* p2 = new int[3]{ int(1),int(3),int(4) };
int* p3 = new int[3]{ 1,3,4 };
Point p(1, 2);
Point();
return 0;
}
现在在C++11中我们可以按照如下的方式初始化：
int main()
{
int x1 = { 2 };
int x2{ 3 };
int array1[]{ 1, 2, 3, 4, 5 };
int array2[5]{ 0 };
Point p{ 1, 2 };
return 0;
}
上面支持，本质就更好支持new[]的初始化问题：
C++98只能new单个对象，new多个对象没办法很好的初始化了，定义一个对象数组是很不方便的，至少应该如下定义：
int main()
{
Point p1, p2, p3, p4;
Point* pp1 = new Point[]{ p1, p2, p3, p4 };
Point* pp2 = new Point[]{ Point(1, 1), Point(2, 2), Point(3, 3), Point(4, 4) };
return 0;
}
而在C++11中我们直接可以：
int main()
{
Point p1[] = { {1, 1}, {2, 2}, {3, 3}, {4, 4} };
Point p2[]{ {1, 1}, {2, 2}, {3, 3}, {4, 4} };
Point* p3 = new Point[]{ {1, 1}, {2, 2}, {3, 3}, {4, 4} };
return 0;
}
类比C++98的隐式类型转换：
C++98中我们知道，单参数的构造函数可以直接给个值直接构造，C++11可以说是对C++98这一特性进行了延伸：
- 单参数构造函数隐式类型转换复习： 传送门
class Date
{
public:
//explicit Date(int year, int month, int day)
Date(int year, int month, int day)
:_year(year)
, _month(month)
, _day(day)
{
cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;
}
private:
int _year;
int _month;
int _day;
};
int main()
{
Date d1{ 2023, 3, 7 };
Date d2 = { 2023, 3, 7 };
return 0;
}
- 可以理解成C++98是单参数隐式类型转换，C++11是多参数隐式类型转换（同时支持了把=去掉）
- 同样的类似于C++98，如果不想发生隐式类型转化，加上explicit
1.2 std::initializer_list：
std::initializer_list的介绍文档：
std::initializer_list就像是一个容器一样，我们先来看一下其类型：
底层大概的样子：
- 是只能读不能写的
- 可以认为在某个区域开了一块空间，将花括号中的东西存起来
- 可以认为是常量的数组把它支持起来了
- std::initializer_list支持迭代器
- 注意：
-
- std::initializer_list内容是不能被改的
为什么突然将到一个容器了呢？
- 首先std::initializer_list是C++11新提出来的
- 其次有了std::initializer_list，之前学的容器也都支持了用{ }列表初始化
以vector，和map为例，C++11之后就我们之前学的容器可以直接通过{ } 列表初始化了：
int main()
{
vector<Date> v1 = { { 2023, 3, 7 }, { 2023, 3, 7 }, { 2023, 3, 7 } };
vector<Date> v2{ { 2023, 3, 7 }, { 2023, 3, 7 }, { 2023, 3, 7 } };
map<string, string> dict1 = { { "string", "字符串" }, { "sort", "排序" } };
map<string, string> dict2{ { "string", "字符串" }, { "sort", "排序" } };
return 0;
}
先构造一个initializer_list，再用initializer_list构造一个vector，具体过程：
也可以和之前隐式类型转换联系起来，也是中间产生了一个临时对象（initializer_list），再用临时对象去拷贝构造。
2. 右值引用
2.1 什么是左值和右值：
传统的C++语法中就有引用的语法，而C++11中新增了的右值引用语法特性，所以从现在开始我们之前学习的引用就叫做左值引用。无论左值引用还是右值引用，都是给对象取别名。
什么是左值，什么是左值引用：
- 左值是一个表示数据的表达式，如：变量名或解引用的指针
- 我们可以获取它的地址 + 可以对它赋值
- 左值可以出现赋值符号的左边，右值不能出现在赋值符号左边
- 定义时const修饰符后的左值，不能给他赋值，但是可以取它的地址
- 左值引用就是给左值的引用，给左值取别名
什么是右值，什么是右值引用：
- 右值也是一个表示数据的表达式，如：字面常量、表达式返回值，函数返回值(这个不能是左值引用返回)等等
- 右值可以出现在赋值符号的右边，但是不能出现出现在赋值符号的左边，右值不能取地址
- 一个左值经过move之后就可以变成一个右值
- 右值引用就是对右值的引用，给右值取别名
总结：
不能说出现在赋值符号左边的就叫左值，在赋值符号右边的也有可能是左值（int a = 1; int b = a） a 可以赋值和取地址，右值却不能出现在赋值符号的左边，const修饰的对象也叫左值（特例），左值一定可以取地址，但不一定能赋值，右值不能出现在赋值符号左边，右值不能取地址。
int main()
{
//左值
int a = 1;
int& b = a;
//右值
double x = 1.1, y = 2.2;
//以下几个都是常见的右值
10;
x + y;
fmin(x, y);
//以下几个都是对右值的右值引用
int&& rr1 = 10;
double&& rr2 = x + y;
double&& rr3 = fmin(x, y);
//这里编译会报错：error C2106: “=”: 左操作数必须为左值
10 = 1;
x + y = 1;
fmin(x, y) = 1;
return 0;
}
注意：
- 需要注意的是右值是不能取地址的，但是给右值取别名后，会导致右值被存储到特定位置，且可以取到该位置的地址
- 也就是说例如：不能取字面量10的地址，但是rr1引用后，可以对rr1取地址，也可以修改rr1
- 如果不想rr1被修改，可以用const int&& rr1 去引用，是不是感觉很神奇
- 这个了解一下实际中右值引用的使用场景并不在于此，这个特性也不重要
2.2 右值的分类：
上述我们讲到右值不能放在 = 符号的左边，即不能赋值，我们可以理解成其是一个临时对象，具有const属性的一个临时对象，我们对其进行详细的分类，分成两类：
- 纯右值：
- 10、a + b…
- 将亡值：
- 匿名对象string(“222”)、to_string(1234)、自定义的对象、move(s1)…
2.3 左值引用和右值引用的比较
左值引用：
- 左值引用只能引用左值，不能引用右值
- 但是const左值引用既可引用左值，也可引用右值
右值引用：
- 右值引用只能右值，不能引用左值
- 但是右值引用可以引用move以后的左值
注意：
- 我们可以理解成右值是临时对象，具有const属性不能被修改的值
- 所以我们可以用const类型的引用来接收一个右值
- 我们之前用const类型的引用来接收一个左值是因为权限是可以缩小的，但是权限不能放大
2.3 右值的使用场景：
在我们之前的C++学习中，我们学的都是左值引用，左值引用可以提高程序的效率，特别是函数传引用返回的时候。
左值引用复习： 传送门
左值引用的短板：
- 虽然左值引用在函数中返回一个引用可以提高效率，但是当函数返回对象是一个局部变量，出了函数作用域就不存在了，就不能使用左值引用返回
- 此时就只能传值返回，例如：
string中的to_string(int value)函数中可以看到，这里只能使用传值回，传值返回会导致至少1次拷贝构造，编译器会优化（如果是一些旧一点的编译器可能是两次拷贝构造）
很显然to_string是要将数字转换成字符串然后返回，那么这个返回的字符串就是个临时对象，除了函数作用域就销毁了，传引用返回就拿不到了，那块空间已经被销毁了，所以这里只能传值返回。
很显然即使是编译器优化了之后，也是至少有一次拷贝。
众所周知把大象放到冰箱里一共有三步：
- 第一步：打开冰箱门
- 第二步：把大象放进去
- 第三步：关上冰箱门
那么将大象从一号冰箱放到二号冰箱一共有几步：
- 二臂方法： 在二号冰箱里复制一份一模一样的大象，再将一号冰箱里的大象干掉
-
- C++98拷贝方法：函数的传值返回就是按照这种方法，这还是编译器优化之后的样子，优化之前中间还有个临时变量，并且是深拷贝返回，效率更低下！
- 聪明办法：直接把冰箱的一号和二号的编号调换一下，这样就实现了大象在二号冰箱里了
-
- C++11右值引用方法：当函数传一个将亡值（右值）返回的时候，
C++11提供了一个移动构造，直接用另一个新的对象的指针来接管了原来的对象。
- C++11右值引用方法：当函数传一个将亡值（右值）返回的时候，
右值引用和移动语义解决上述问题：
- 在string中增加移动构造，移动构造本质是将参数右值的资源窃取过来
- 占位已有，那么就不用做深拷贝了，所以它叫做移动构造，就是窃取别人的资源来构造自己
C++11中编译器会直接将传值返回识别成一个右值，然后调用移动构造：
在我们之前没有移动构造的时候，我们调用的是拷贝构造，之前我们提到过const类型既可以接收右值，也可以接收左值，所以之前我们是能匹配的上的，但是现在现在有了移动构造，编译器会匹配最匹配的那一个构造函数。
将一个左值move之后就成了右值，右值的资源有可能会被转移：
2.4 新的类功能：
默认成员函数：
- 原来C++类中，有6个默认成员函数：
-
- 构造函数
-
- 析构函数
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- 拷贝构造函数
-
- 拷贝赋值重载
-
- 取地址重载
-
- const 取地址重载
C++11 新增了两个默认成员函数：
- 移动构造函数和移动赋值运算符重载
- 移动构造和移动赋值是有条件的，并且默认生成的达到不了我们想要的效果
- 所以一般我们自己实现
要求：
- 如果你没有自己实现移动构造函数，且没有实现析构函数 、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个。那么编译器会自动生成一个默认移动构造。默认生成的移动构造函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动构造，如果实现了就调用移动构造，没有实现就调用拷贝构造。
- 如果你没有自己实现移动赋值重载函数，且没有实现析构函数 、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个，那么编译器会自动生成一个默认移动赋值。默认生成的移动构造函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动赋值，如果实现了就调用移动赋值，没有实现就调用拷贝赋值。(默认移动赋值跟上面移动构造完全类似)
- 如果你提供了移动构造或者移动赋值，编译器不会自动提供拷贝构造和拷贝赋值。
默认生产成本的移动构造和移动赋值的意义：
- 对于map而言，其底层是复用了红黑树，map会默认生成8个默认成员函数
- 如果RBTree实现移动构造和移动赋值，那么map移动构造和移动赋值也就有价值了
- 如果RBTree没有实现的话那么map的移动构造和移动赋值价值就不大
- 因为RBTree没有移动构造的话就去调用拷贝构造了
STL的容器，C++11以后，都提供移动构造和移动赋值，右值引用 + 移动构造补齐了C+ +传参和传返回值的最后一块短板。
STL容器中的各种插入也用到了右值引用：==
当这些容器的元素是某个对象的时候，插入的话要new一个新的元素，也会产生深拷贝的问题，所以这里用到右值引用将会非常方便：
int main()
{
list<Joker::string> lt;
Joker::string s1("1111");
//这里调用的是拷贝构造
lt.push_back(s1); //->void push_back (const value_type& val);
//如果只是为了插入，下面的效果明显更好
//下面调用都是移动构造
lt.push_back("2222");
lt.push_back(std::move(s1)); //->void push_back (value_type&& val);
Joker::string s2("hello world");
//Joker::string s3 = std::move(s2);
Joker::string s4 = s2;
return 0;
}
注意：
- 不要随意的将左值move成右值，不然会造成资源的丢失！！
强制生成默认函数的关键字default：
C++11可以让你更好的控制要使用的默认函数。假设你要使用某个默认的函数，但是因为一些原因这个函数没有默认生成。比如：我们提供了拷贝构造，就不会生成移动构造了，那么我们可以使default关键字显示指定移动构造生成。
class Person
{
public:
Person(const char* name = "", int age = 0)
:_name(name)
, _age(age)
{}
//不仅不让调用还不让生成 -- 对于内置类型完成值拷贝
//对于自定义类型有移动构造调用移动构造，没移动构造调用拷贝构造
//Person(const Person& p) = delete;
//强制生成移动构造
Person(Person&& pp) = default;
//我们显示写完拷贝构造，默认生成的移动赋值也不见了
//所以要强制生成移动赋值
Person& operator=(Person&& pp) = default;
Person(const Person& p)
:_name(p._name)
, _age(p._age)
{}
/*Person& operator=(const Person& p)
{
if(this != &p)
{
_name = p._name;
_age = p._age;
}
return *this;
}*/
/*~Person()
{}*/
private:
Joker::string _name;
int _age;
};
int main()
{
Person s1;
Person s2 = s1; //拷贝构造
Person s3 = std::move(s1); //移动构造
Person s4;
s4 = std::move(s2);
return 0;
}
当出现拷贝构造的时候，那么就不会生成默认的移动构造，都去走拷贝构造了，这时候我们可以强制生成（默认的）移动构造，这时内置类型值拷贝，自定义类型调用其移动构造，没有移动构造就调用其拷贝构造。
同样的，移动赋值也是同样的道理，也可以有default。
禁止生成默认函数的关键字delete：
如果能想要限制某些默认函数的生成，在C++98中，是该函数设置成private，并且只声明补丁而已，这样只要其他人想要调用就会报错。在C++11中更简单，只需在该函数声明加上=delete即可，该语法指示编译器不生成对应函数的默认版本，称=delete修饰的函数为删除函数。
我们不想用到默认生成的成员函数的时候就可以直接delete掉，强制其不生成。