一: 背景
最近在看 C++ 的右值參考和移動建構式,感覺這東西一時半會還挺難理解的,可能是沒踩過這方面的坑,所以沒有那么大的深有體會,不管怎么說,這一篇我試著聊一下,
二: 右值參考
1. 它到底解決了什么問題?
在其他編程語言中,很少聽到 右值參考 這個詞,我個人感徑訓是 C++ 這個 值型別 優先的語言基因決定的,我們都知道 值型別 作為方法引數或者回傳值時會生成自身的副本,如果 值型別 很大,那一來一回生成若干個深復制的 臨時物件 將會產生巨大的性能開銷,
總結一句話:
右值參考就是盡可能的減少這中間臨時物件個數,尤其是關聯到 heap 上的物件,僅此而已,
2. 右值參考是個什么樣子?
說到 右值參考 得先說什么是 右值,左值 , 左值 一般都是帶有記憶體地址的變數,而 右值 一般是立即數或者運算程序中的臨時物件,這種物件不會有地址值,是不是很繞,我舉個例子吧,
int main()
{
int i = 10;
int j = 11;
int sum = i + j;
}
- 10,11,(i+j)
屬于右值,因為它本身沒有記憶體地址,除非把它們放入到堆疊中或者堆中,
- i,j,sum
屬于左值,因為它們是執行緒堆疊上地址的識別符號,
知道了 左右值 概念,接下來理解 左右值參考 就很簡單了,既然是 參考,必然是多個變數指向同一個地址,對吧,修改下代碼如下:
int main()
{
int i = 10;
int& k = i; //左值參考
int&& m = 10; //右值參考
}
接下來看下匯編代碼:
33: int i = 10;
00FB182F mov dword ptr [ebp-0Ch],0Ah
34: int& k = i;
00FB182F mov dword ptr [ebp-0Ch],0Ah
00FB1836 lea eax,[ebp-0Ch]
00FB1839 mov dword ptr [ebp-18h],eax
36: int&& m = 10;
00FB183C mov dword ptr [ebp-30h],0Ah
00FB1843 lea eax,[ebp-30h]
00FB1846 mov dword ptr [ebp-24h],eax
從匯編代碼看,它們是一模一樣的,也就是說在匯編層面,其實并沒有 右值參考 和 左值參考 一說,
有了這些基礎,我們來看下更復雜的 class 結構,
三: 右值參考如何減少物件的創建
1. 簡要思路
其實仔細想一想,減少臨時物件的創建,無非就是在運算程序中復用一些物件,不需要每次都走賦值建構式來進行深復制,畫個圖就像下面這樣,
明白了這個思路,接下來我們舉一個例子說明,
2. 一個簡單的例子
C++ 最煩的地方就是有太多的建構式, 數不勝數,太尷尬了,這里我做一個簡單的 + 操作例子,
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
class StringBuidler {
public:
char* str;
int length;
public:
StringBuidler() {}
StringBuidler(int len, char c) {
this->str = new char[len];
this->str[0] = c;
this->length = len;
}
StringBuidler(const StringBuidler& s) {
printf("StringBuidler:深復制 \n");
this->length = s.length;
this->str = new char[s.length];
for (size_t i = 0; i < length; i++)
{
this->str[i] = s.str[i];
}
}
StringBuidler operator+(const StringBuidler& p) {
StringBuidler tmp;
tmp.length = this->length + p.length;
tmp.str = new char[tmp.length];
int index = 0;
for (size_t i = 0; i < this->length; i++)
{
tmp.str[index++] = this->str[i];
}
for (size_t i = 0; i < p.length; i++)
{
tmp.str[index++] = p.str[i];
}
return tmp;
}
};
int main()
{
StringBuidler s1(10, 'a');
StringBuidler s2(5, 'b');
StringBuidler s3 = s1 + s2;
printf("s3.length=%d, s1.length=%d, s2.length=%d \n", s3.length, s1.length, s2.length);
}
從這個例子中可以看到,s1+s2 操作中出現了一次 深copy,具體代碼出現在 return 處,匯編代碼如下:
因為是深復制,所以會再次生成一個 new char[] ,如果 new char[] 很大,那將會是不必要的性能開銷,能不能像我畫的圖一樣,將 s3 中的 str 指標直接指向 tmp 所持有的 heap 上的 char[] 陣列來達到復用目的呢? 肯定是可以的,
3. 性能優化方案
這里需要用 右值參考 + 移動建構式 讓 s3.str 指向 tmp.str,從而避免復制建構式,在 StringBuilder 類中加一個方法如下:
StringBuidler(StringBuidler&& s) {
this->str = s.str;
this->length = s.length;
s.str = nullptr;
}
然后把程式跑起來,截圖如下:
可以看到,深復制已經沒有了,這個程序會在 return 處被呼叫,編譯器會判斷如果是右值的話,自動走 移動建構式,沒有這個函式就會走 賦值建構式,
四: 總結
總之 右值參考 可以讓你盡可能的復用一些中間物件,達到一個性能上的提升,其實對 C# 程式員來說,這么簡單的參考賦值,C++ 搞出了這么多概念,真的很難理解,可能還是那句話,這是 C++ 的值型別優先的基因決定的,
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