4.1、移动构造函数与移动赋值运算符

• • 移动构造函数：当你用一个临时对象（右值）去初始化一个新对象时，移动构造函数“偷走”临时对象的资源（比如指针），而不是复制一份。临时对象被置为安全的空状态，避免了昂贵的内存分配和数据复制。
• • 移动赋值运算符：当一个已存在的对象被赋值为一个临时对象时，移动赋值运算符同样“偷走”临时对象的资源，先释放自身资源，再接管临时对象资源，临时对象同样被置空。

简单来说，移动语义就是“资源转移”，让程序避免无谓的深拷贝，提升性能。

传统写法 vs 移动语义写法对比

传统C++拷贝构造和赋值（深拷贝）

class Buffer {
    int* data;
    size_t size;
public:
    Buffer(size_t s) : size(s), data(new int[s]) {}

    // 拷贝构造
    Buffer(const Buffer& other) : size(other.size), data(new int[other.size]) {
        std::copy(other.data, other.data + size, data);
        std::cout << "Copy constructor called\n";
    }

    // 拷贝赋值
    Buffer& operator=(const Buffer& other) {
        if (this != &other) {
            delete[] data;
            size = other.size;
            data = new int[size];
            std::copy(other.data, other.data + size, data);
            std::cout << "Copy assignment called\n";
        }
        return *this;
    }

    ~Buffer() { delete[] data; }
};

每次复制都会重新分配内存并复制数据，效率低。

C++11移动构造和移动赋值（资源转移）

class Buffer {
    int* data;
    size_t size;
public:
    Buffer(size_t s) : size(s), data(new int[s]) {}

    // 移动构造
    Buffer(Buffer&& other) noexcept : data(other.data), size(other.size) {
        other.data = nullptr;  // 防止析构时释放
        other.size = 0;
        std::cout << "Move constructor called\n";
    }

    // 移动赋值
    Buffer& operator=(Buffer&& other) noexcept {
        if (this != &other) {
            delete[] data;        // 释放自身资源
            data = other.data;    // 接管资源
            size = other.size;
            other.data = nullptr; // 置空源对象
            other.size = 0;
            std::cout << "Move assignment called\n";
        }
        return *this;
    }

    ~Buffer() { delete[] data; }
};

移动操作不分配内存，不复制数据，只转移指针，效率大幅提升。

设计哲学：为什么要有移动构造和移动赋值？

• • 性能优化：传统拷贝构造和赋值对大对象或资源管理类开销巨大，移动语义通过转移资源所有权，避免了不必要的深拷贝。
• • 资源安全转移：移动后源对象被置为安全状态，避免重复释放资源和悬空指针。
• • 语言层面支持：通过右值引用（T&&）区分临时对象和持久对象，编译器自动选择移动或复制。
• • 兼容性与渐进式优化：移动语义是对传统拷贝语义的补充，旧代码依然有效，新代码逐步引入移动操作提升性能。

最佳使用场景

• • 管理动态内存、文件句柄、网络连接等资源的类，如std::vector、std::string等。
• • 函数返回大型对象时，避免返回值拷贝开销。
• • 临时对象赋值给已有对象，实现高效资源转移。
• • 实现高性能库和框架，减少内存分配和复制次数。

优缺点总结

常见误用及后果

• • 错误使用std::move导致悬空引用：把仍需使用的对象std::move后访问其资源，会导致未定义行为。
• • 移动后未重置源对象状态：移动构造或赋值后未将源对象指针置空，导致析构时重复释放。
• • 返回局部变量时错误使用std::move：编译器通常做返回值优化（RVO），强制std::move反而阻碍优化。
• • 未定义移动构造和赋值时，移动操作退化为拷贝：导致性能未提升。

代码示例：移动语义提升性能

#include <iostream>
#include <vector>
#include <utility>

class Buffer {
    std::vector<int> data;
public:
    Buffer(size_t size) : data(size) {
        std::cout << "Constructed\n";
    }

    // 移动构造
    Buffer(Buffer&& other) noexcept : data(std::move(other.data)) {
        std::cout << "Move constructed\n";
    }

    // 移动赋值
    Buffer& operator=(Buffer&& other) noexcept {
        if (this != &other) {
            data = std::move(other.data);
            std::cout << "Move assigned\n";
        }
        return *this;
    }
};

Buffer createBuffer() {
    Buffer buf(1000000);
    return buf;  // 触发移动构造
}

int main() {
    Buffer b1 = createBuffer();  // 移动构造
    Buffer b2(10);
    b2 = createBuffer();         // 移动赋值
    return 0;
}

移动构造函数与移动赋值运算符的价值

移动构造函数和移动赋值运算符是C++11对语言性能和资源管理的根本性革新。它们让程序员能够以更自然、高效的方式管理资源，避免了传统深拷贝的巨大开销。移动语义的本质是资源的所有权转移，而非复制，推动了C++向零开销抽象和现代泛型编程迈进。

我认为，掌握移动语义不仅是掌握了一项技术，更是理解了C++语言设计哲学中“高效资源管理”的核心。合理运用移动构造和赋值，配合右值引用和完美转发，能让你的代码既高效又安全，真正发挥C++的性能优势。
本文首发于【讳疾忌医-note】公众号，未经授权，不得转载。
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