移动语义

Left value, Right value and Move Semantics

右值引用

虽然c++11对value catagories进行了新划分，但最初c++沿用了c对于一个表达式的分类，只有左值(lvalue)和右值(rvalue)，能获取内存地址的就是左值，不能的就是右值。对于左值的引用就是左值引用，对于右值的引用就是右值引用。

int val = 6;
int& lref = a;	// left value reference
int&& rref = 6;	// right value reference

严格来讲，左值引用不能引用右值，右值引用不能引用左值，但是添加了const限定的左值引用可以引用右值：

const int& lref = 6;

拷贝构造

假设我们现在有一个简单的对象，对象里有一个整型数组和一个记录数组大小的变量：

class Array {
private:
    size_t size_;
    int* data_;
public:
    explicit Array(const size_t size): size_(size), data_(new int[size_]) {}
    
    ~Array() {
        std::cout << "deconstructing" << std::endl;
        if (data != nullptr) {
            delete[] data_;
            size_ = 0;
        }
    }
    
    // copy assginment constructor
    Array(const Array& other): size_(other.size_), data_(new int[size_]) {
        std::cout << "deep copying" << std::endl;
        std::copy(other.data_, other.data_ + size_, data_);
    }
};

在第二个拷贝函数中，我们传入了另一个Array对象并试图把该Array对象中的数据拷贝进入当前构造的对象当中去。很显然，这个传入的Array是一个左值，引用便是左值引用，同时构造函数中需要深拷贝。但假若我需要拷贝一个很大很复杂的对象，深拷贝的代价就会非常大。显然，我们需要一个更好的方法，比如是否可以直接把传入的Array对象里的数据直接拿过来，而非拷过来？

移动构造

这个时候右值引用就派上用场了。因为右值没有地址，可以直接复制给左值，那么只要传入一个右值在进行赋值就可以避免深拷贝了。

// move assignment constructor
Array(Array&& other): size_(other.size_), data_(other.data_) {
    std::cout << "move constructor" << std::endl;
    arr.data_ = nullptr;
    arr.size_ = 0;
}

这时我们只要在构造中传入一个右值，就可以进行内存所有权的转移，从而避免进行深拷贝，进而减少性能消耗。同时，在移动构造中一定要释放源对象的指针，防止析构重复释放内存。

赋值运算符

赋值运算符也可以用移动语义来优化。

// copy assignment operator.
Array& operator=(const Array& other)
{
    std::cout << "Copy operator" << std::endl;

    if (this != &other) {
        delete[] data_;
        size_ = other.size_;
        data_ = new int[size_];
        std::copy(other.data_, other.data_ + size_, data_);
    }
    return *this;
}

// move assignment operator.
Array& operator=(Array&& other)
{
    std::cout << "Move operator" << std::endl;

    if (this != &other) {
        // free exsiting memory.
        delete[] data_;
        
        size_ = other.size_;
        data_ = other.data_;
        other.data_ = nullptr;
        other.size_ = 0;
    }
    return *this;
}

std::move()

还有一个问题没有解决，就是如何传入一个右值。c++在std中提供了一个move函数，这个函数虽然叫move，但它的功能非常简单，就是单纯的把一个左值变为右值。说白了，就是对static_cast<T&&>进行的封装。

// For an existing Array object A
Array B(std::move(A));

此处A是一个左值，我们希望调用移动构造器，便使用move将A变为右值并传入。传入后A的内存数据被直接转移给了B，A中的内容被置空，等待析构。

此外，std::move()一般不用于基本类型，基本类型没有必要进行内存移动，移动速度不一定比拷贝快。

Reference

Understanding lvalues and rvalues in C and C++

What is move semantics?

Move Constructors and Move Assignment Operators (C++)