現代C++如何高效地設計建構式

不知道啥是std::move()的同學請簡單做一下課前預習，

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現代C++如何高效地設計建構式
- 傳統手藝 const & 與現代技術 std::move
- 分析
- 實驗
- 總結

傳統手藝 const & 與現代技術 std::move

先從一個我們非常熟悉的情形入手，我們需要寫一個Student類，傳入引數為std::string，任何一名上課認真聽講的學生都會想到傳const&，

class Student {
public:
    explicit Student(const std::string &name)
            : _name(name) {}
private:
    std::string _name;
};

讓我們拋開C++11后引入的lvalue rvalue 等繁瑣的概念，僅僅從兩個例子入手分析一下這種實作方式的開銷：

情景1：

std::string name("TKONIY"); 
// 呼叫一次建構式 string(const char*)
Student stu(name);			
// _name(name)呼叫一次建構式 string(const string&)

一共是兩次字串拷貝，

情景2：

Student stu("TKONIY");
// 構造const string& name 引數時呼叫一次建構式string(const char*)
// _name(name)呼叫一次建構式 string(const string&)

本質上和上面一樣，兩次字串拷貝，

在情景2中，一行這樣的代碼竟然需要拷貝兩次字串，這真是非常地糟糕，對性能追求有強迫癥的程式員會給Student類添加一個Student(const char* )型別的建構式以減少拷貝次數，但是事實上，C++11為我們提供了std::move用于解決此類問題，我們可以修改建構式為：

class Student {
public:
    explicit Student(std::string name)
            : _name(std::move(name)) {}
private:
    std::string _name;
};

再次分析一下情景2：

構造引數string name，呼叫建構式string(const char*)
呼叫std::move(name)將name轉換成右值，
呼叫string(string&&)構造，

在這個方法下，一共僅發生了一次拷貝，盡管std::move也有一定的開銷，但是相比于一個容器類的拷貝來說還是微不足道的，

分析

上面僅僅是舉了一個非常簡單的例子分析建構式這樣寫的好處，本質上，這種寫法的好處體現在建構式接受的引數存在移動建構式的情形下，比如上面情景2的高效關鍵在于呼叫了string(string&&)建構式，

實驗

下面我們做一組實驗來證明一下上面的結論并給出實踐的例子，
Article類如下：

class Article {
public:
    Article(Text text)
            : _text(std::move(text)) {}
private:
    Text _text;
};

Text類沒有定義移動建構式，

class Text {
private:
    char *_content;
public:
    Text(const char *content) {
    	_content = new char[std::strlen(content)];
        std::strcpy(_content, content);
        std::cout << "拷貝一次1" << std::endl;
    }
    Text(const Text &text) {
         _content = new char[std::strlen(text._content)];
        std::strcpy(_content, text._content);
        std::cout << "拷貝一次2" << std::endl;
    }
};

執行以下代碼：

Article article("C++ is the best language.");

輸出：

拷貝一次1
拷貝一次2

Text類定義移動建構式，

class Text {
private:
    char *_content;
public:
    Text(const char *content) {
        _content = new char[std::strlen(content)];
        std::strcpy(_content, content);
        std::cout << "拷貝一次1" << std::endl;
    }
    Text(const Text &text) {
        _content = new char[std::strlen(text._content)];
        std::strcpy(_content, text._content);
        std::cout << "拷貝一次2" << std::endl;
    }
    Text(Text &&text) {
        _content = text._content;
        text._content = nullptr;
        std::cout << "移動一次" << std::endl;
    }
};

執行以下代碼：

Article article("C++ is the best language.");

輸出：

拷貝一次1
移動一次

驗證了我們的想法，

總結

我們通過實驗看到了std::move在減少拷貝方面發揮的重要威力，事實上它作為實作zero copy理念的關鍵技術，用途遠遠不止一個建構式，然而，上面的建構式看起來很美好，但還是存在一些問題：
- 使用情景1中的方式構造(即傳入左值)的時候，std::move()并沒有減少拷貝次數甚至還徒增了一次移動的開銷，對于該問題一般解決方法是同時定義接收const&引數的建構式用于接收左值參考，
- 引數必須實作了移動建構式（如上文中的Text類)，否則最終呼叫的還是拷貝建構式并且還徒增一次移動開銷，
- 這不是唯一的實作方法，并且應對復雜情況時，需要熟練掌握左值右值語意、參考坍縮等概念以及std::forward 才能寫好一個這樣的建構式，
再往遠點講，std::move很好用，但是它并不是一個強制性的東西，編譯器不能避免程式員做出在move了之后繼續訪問原物件等種種奇葩行為，有一個語言很好地發展了現代C++的這個優點，從語法層面提供了移動語意，這個語言叫rust，
但是C/C++依然是最好的語言，

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