C++11 浅谈 右值引用和move语义

一、左值和右值

lvalue： 具有存储性质的对象，要实际占用内存空间、内存地址；位于赋值运算符左边时可以赋值（同时也可以用在右边）。

rvalue：没有存储性质的对象， 也就是临时对象。位于赋值运算符左边时不可赋值。

例子：

int a = 10;
int b = 20;
int *pFlag = &a;
vector<int> vctTemp;
vctTemp.push_back(1);
string str1 = "hello ";
string str2 = "world";
const int &m = 1;

a和b都是持久对象（可以对其取地址），是左值；
a+b是临时对象（不可以对其取地址），是右值；
a++是先取出持久对象a的一份拷贝，再使持久对象a的值加1，最后返回那份拷贝，而那份拷贝是临时对象（不可以对其取地址），故其是右值；
++a则是使持久对象a的值加1，并返回那个持久对象a本身（可以对其取地址），故其是左值；
pFlag和*pFlag都是持久对象（可以对其取地址），是左值；
vctTemp[0]调用了重载的[]操作符，而[]操作符返回的是一个int &，为持久对象（可以对其取地址），是左值；
100和string(“hello”)是临时对象（不可以对其取地址），是右值；
str1是持久对象（可以对其取地址），是左值；
str1+str2是调用了+操作符，而+操作符返回的是一个string（不可以对其取地址），故其为右值；
m是一个常量引用，引用到一个右值，但引用本身是一个持久对象（可以对其取地址），为左值。

二、左值引用

int a = 5；
int& v1 = a； //非常量左值引用，只能绑定到非常量左值，不能绑定到常量左值以及任何右值
const int& v2 = 5； //常量左值引用，可以绑定到所有类型的值

对于常量左值引用：

const int& v1 = 5;
const int v2 = 5;

两者的区别是：前者直接使用了右值并为其“续命”，而后者的右值在表达式结束后就销毁了。

三、右值引用

右值引用所引用的是右值，因此一般为临时变量，标记为T &&。

int && num = 8; //右值引用

正常情况下，右值”8“在表达式语句结束后，其生命也就终结了（通常我们也称其具有表达式生命期），而通过右值引用的声明，该右值又“重获新生”，其生命期将与右值引用类型变量num的生命期一样。只要num还“活着”，该右值临时量将会一直“存活”下去。

    //右值引用只能绑定到右值
    int a = 5;
    const int b = 5;

    int&& v1 = 5;
    int&& v2 = a;   //compile error，a为左值
    int&& v3 = b;   //compile error，b为左值
    int&& v4 = a + b;

注： 基于安全考虑，具有名字的声明为右值的参数不会被认定为右值。

bool is_r_value(int &&) { return true; }
bool is_r_value(const int &) { return false; }

void test(int && i)
{
    bool isRValue = is_r_value(i); // i为有名字的变量，即使声明为右值也不会被认为是右值。false
}

四、move语义

我们看以下代码：

//执行深拷贝
String(const String& rhs): data_(new char[rhs.size() + 1])
{
    strcpy(data_, rhs.c_str());
}

这里进行了内存分配和拷贝数据，如果rhs是个临时对象，要是能将rhs的数据“move”到data_中岂不是提高了运行效率，这样子你即不需要为data_重新分配内存，又不需要去释放rhs的内存，简直两全其美。

在C++11中，右值引用就可以用来干这事：

String(String&& rhs): data_(rhs.data_)
{ rhs.data_ = nullptr; }

上面是一个move拷贝构造函数，它并没有进行深拷贝，而是将rhs.data_这个指针的所有者转移到了另一个对象，并将rhs的data_指针置为空。这样子，对于临时值我们只需要做浅拷贝，而避免了深拷贝带来的性能损失问题。

在 C++11，一个std::vector的 “move 构造函数” 对某个vector的右值引用可以单纯地从右值复制其内部 C-style 数组的指针到新的 vector，然后留下空的右值。这个操作不需要数组的复制，而且空的临时对象的析构也不会摧毁内存。如果vector没有 move 构造函数，那么复制构造函数将被调用，这时进行深拷贝。

move语义：将对象资源的所有权从一个对象转移到另一个对象，没有内存的拷贝。

C++11还提供了std::move方法来将左值转换为右值，从而普通的左值也可以借助move语义来优化性能。

注意，如果是一些基本类型比如int和char [10]定长数组类型，使用move仍然会发生拷贝（因为没有对应的move构造函数）。

对于强制被强制转化为右值的左值，其生命周期并不会有所改变，但是由于它的值已经转移给右值引用了，所以我们应该保证不再使用它的值，否则将会出错，我们能做的就是给它赋新值或者销毁它。