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c++ - 移动构造函数和移动赋值运算符与复制省略

问题描述

相关问题：

我发布这个问题是因为移动语义这个东西真的让我很困惑。起初它们对我来说似乎很清楚，但是当我试图向自己展示它们的用途时，我意识到也许我误解了一些东西。

我尝试将以下文件安排为使用移动语义的类矢量类的不那么简单的实现（实际上该main功能也存在，以及一个免费功能，使打印到屏幕更容易， ...）。这并不是一个真正的最小工作示例，但它产生的屏幕输出是相当可读的，恕我直言。

不过，如果你觉得瘦下来更好，请建议我该怎么做。

无论如何，代码如下，

#include<iostream>
using namespace std;

int counter = 0; // to keep count of the created objects

class X {
  private:
    int id = 0; // hopefully unique identifyier
    int n = 0;
    int * p;
  public:
    // special member functions (ctor, dtor, ...)
    X()           : id(counter++), n(0),   p(NULL)       { cout << "default ctor (id " << id << ")\n"; }
    X(int n)      : id(counter++), n(n),   p(new int[n]) { cout << "param ctor (id " << id << ")\n"; };
    X(const X& x) : id(counter++), n(x.n), p(new int[n]) {
      cout << "copy ctor (id " << id << ") (allocating and copying " << n << " ints)\n";
      for (int i = 0; i < n; ++i) {
        p[i] = x.p[i];
      }
    };
    X(X&& x)      : id(counter++), n(x.n), p(x.p) {
      cout << "move ctor (id " << id << ")\n";
      x.p = NULL;
      x.n = 0;
    };
    X& operator=(const X& x) {
      cout << "copy assignment (";
      if (n < x.size() && n > 0) {
        cout << "deleting, ";
        delete [] p;
        n = 0;
      }
      if (n == 0) {
        cout << "allocating, and ";
        p = new int[n];
      }
      n = x.size();
      cout << "copying " << n << " values)";
      for (int i = 0; i < n; ++i) {
        p[i] = x.p[i];
      }
      cout << endl;
      return *this;
    };
    X& operator=(X&& x) {
      this->n = x.n;
      this->p = x.p;
      x.p = NULL;
      x.n = 0;
      cout << "move assignment (\"moving\" " << this->n << " values)\n";
      return *this;
    };
    ~X() {
      cout << "dtor on id " << id << " (array of size " << n << ": " << *this << ")\n";
      delete [] p;
      n = 0;
    }
    // getters/setters
    int size() const { return n; }

    // operators
    int& operator[](int i) const { return p[i]; };
    X operator+(const X& x2) const {
      cout << "operator+\n";
      int n = min(x2.size(), this->size());
      X t(n);
      for (int i = 0; i < n; ++i) {
        t.p[i] = this->p[i] + x2.p[i];
      }
      return t;
    };

    // friend function to slim down the cout lines
    friend ostream& operator<<(ostream&, const X&);
};

int main() {
    X x0;
  X x1(5);
  X x2(5);
  x1[2] = 3;
  x2[3] = 4;
  cout << "\nx0 = x1 + x2;\n";
  x0 = x1 + x2;
  cout << "\nX x4(x1 + x2);\n";
  X x4(x1 + x2);
  cout << x4 << endl;
  cout << '\n';
}

// function to slim down the cout lines
ostream& operator<<(ostream& os, const X& x) {
  os << '[';
  for (int i = 0; i < x.size() - 1; ++i) {
    os << x.p[i] << ',';
  }
  if (x.size() > 0) {
    os << x.p[x.size() - 1];
  }
  return os << ']';
}

当我编译并运行它时

$ clear && g++ moves.cpp && ./a.out

输出如下（#-comments 是手动添加的）

default ctor (id 0)
param ctor (id 1)
param ctor (id 2)

x0 = x1 + x2;
operator+
param ctor (id 3)
move assignment ("moving" 5 values)
dtor on id 3 (array of size 0: [])

X x4(x1 + x2);
operator+
param ctor (id 4)
[0,0,3,4,0]

dtor on id 4 (array of size 5: [0,0,3,4,0])
dtor on id 2 (array of size 5: [0,0,0,4,0])
dtor on id 1 (array of size 5: [0,0,3,0,0])
dtor on id 0 (array of size 5: [0,0,3,4,0])

从输出的第一部分，我想我确实演示了移动赋值运算符的预期用途。在这方面我是对的吗？（从下一个输出来看，我似乎不是，但我不确定。）

在这一点上，如果我推断复制省略阻止了对复制ctor的调用是正确的，那么一个问题对我来说很自然（不仅是我，请参见此处的 OP 评论）：

基于另一个临时对象（例如 x4基于x1 + x2in的结果）创建对象的情况不X x4(x1 + x2);正是应该引入移动语义的情况吗？如果不是，那么显示移动 ctor 使用的基本示例是什么？

然后我读到可以通过添加适当的选项来防止复制省略。

的输出

clear && g++ -fno-elide-constructors moves.cpp && ./a.out

但是，如下：

default ctor (id 0)
param ctor (id 1)
param ctor (id 2)

x0 = x1 + x2;
operator+
param ctor (id 3)
move ctor (id 4)
dtor on id 3 (array of size 0: [])
move assignment ("moving" 5 values)
dtor on id 4 (array of size 0: [])

X x4(x1 + x2);
operator+
param ctor (id 5)
move ctor (id 6)
dtor on id 5 (array of size 0: [])
move ctor (id 7)
dtor on id 6 (array of size 0: [])
[0,0,3,4,0]

dtor on id 7 (array of size 5: [0,0,3,4,0])
dtor on id 2 (array of size 5: [0,0,0,4,0])
dtor on id 1 (array of size 5: [0,0,3,0,0])
dtor on id 0 (array of size 5: [0,0,3,4,0])
+enrico:CSGuild$

看起来对我期望的移动 ctor 的调用现在在那里，但是该调用和对移动分配的调用都在对移动 ctor 的另一个调用之前。

为什么会这样？我是否完全误解了移动语义的含义？

标签： c++c++11move-semanticsmove-constructorcopy-elision

解决方案

您在这里似乎有两个问题：

  • 为什么不调用移动构造函数X x4(x1 + x2)？
  • 为什么，当复制省略被禁用时，移动构造函数会被调用两次？

第一个问题

这种情况 (X x4(x1 + x2);) 不正是应该引入移动语义的情况吗？

嗯，不。为了使用移动语义，您实际上是在建议我们应该选择构造Xin operator+，然后将其移动到 result ，与复制省略x4构造最终结果 (x4operator+ )相比，这显然效率低下during。

第二个问题

禁用复制省略后，为什么我们会在 期间看到对移动构造函数的两次调用X x4(x1 + x2)？考虑这里有三个作用域：

  1. operator+作用域，我们在其中构造并X返回它；
  2. main我们调用的范围X x4(x1 + x2)；
  3. 我们在X constructor哪里构造Xfrom x1 + x2；

然后，在没有省略的情况下，编译器是：

  • 将结果从operator+to main(into x1 + x2); 和
  • 将 的内容移动x1 + x2到x4.

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