最佳C++移动构造函数实现实践

Question

我试图理解移动构造函数的实现。我们都知道，如果我们需要管理C++类中的资源，就需要实现规则5 (C++编程)。

微软给了我们一个例子：https://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd293665.aspx。

这里有一个更好的方法，它使用复制交换来避免代码重复：动态分配对象数组

     // C++11
     A(A&& src) noexcept
         : mSize(0)
         , mArray(NULL)
     {
         // Can we write src.swap(*this);
         // or (*this).swap(src);
         (*this) = std::move(src); // Implements in terms of assignment
     }

在移动构造函数中，直接：

         // Can we write src.swap(*this);
         // or (*this).swap(src);

因为我认为(*this) = std::move(src)更复杂一些。因为如果我们无意中写为(*this) = src，它将调用普通赋值操作符，而不是移动赋值运算符。

除了这个问题，在微软的例子中，他们写了这样的代码:在移动赋值操作符中，我们需要检查自赋值吗？这有可能发生吗？

// Move assignment operator.
MemoryBlock& operator=(MemoryBlock&& other)
{
   std::cout << "In operator=(MemoryBlock&&). length = " 
             << other._length << "." << std::endl;

   if (this != &other)
   {
      // Free the existing resource.
      delete[] _data;

      // Copy the data pointer and its length from the 
      // source object.
      _data = other._data;
      _length = other._length;

      // Release the data pointer from the source object so that
      // the destructor does not free the memory multiple times.
      other._data = nullptr;
      other._length = 0;
   }
   return *this;
}

Answer 1

一种方法是实现默认构造函数、复制构造函数和swap函数。

然后实现移动构造函数，使用前三个操作复制和移动赋值操作符。

例如：

struct X
{
    X();
    X(X const&);
    void swap(X&) noexcept;

    X(X&& b)
        : X() // delegate to the default constructor
    {
        b.swap(*this);
    }

    // Note that this operator implements both copy and move assignments.
    // It accepts its argument by value, which invokes the appropriate (copy or move) constructor.
    X& operator=(X b) {
        b.swap(*this);
        return *this;
    }
};

如果您在C++98中使用了这个成语，那么一旦添加了移动构造函数，就可以得到移动分配，而无需编写一行代码。

在某些情况下，这个成语可能不是最有效的。。因为复制运算符总是先构造一个临时的，然后与它交换。通过手工编写赋值操作符，可以获得更好的性能。如果有疑问，请检查优化的程序集输出并使用分析器。

Answer 2

我也在互联网上寻找实现移动构造函数和移动分配的最佳方法。有几种方法，但都不是完美的。

以下是我迄今为止的调查结果。

下面是我作为示例使用的一个Test类：

class Test {
private:
  std::string name_;
  void*       handle_ = nullptr;

public:
  Test(std::string name)
    : name_(std::move(name))
    , handle_(malloc(128))
  {
  }
    
  ~Test()
  {
    if(handle_) free(handle_);
  } 

  Test(Test&& other) noexcept;             // we are going to implement it
  Test& operator=(Test&& other) noexcept;  // we are going to implement it

  void swap(Test& v) noexcept
  {
    std::swap(this->handle_, v.handle_);
    std::swap(this->name_, v.name_);
  }

private:
  friend void swap(Test& v1, Test& v2) noexcept
  {
    v1.swap(v2);
  }
};

方法1:向前直线‘n’

Test::Test(Test&& other) noexcept
  : handle_(std::exchange(other.handle_, nullptr))
  , name_(std::move(other.name_))
{
}

Test& Test::operator=(Test&& other) noexcept
{
  if(handle_) free(handle_);
      
  handle_ = std::exchange(other.handle_, nullptr);
  name_ = std::move(other.name_);

  return *this;
}

优点

• 最佳表现

缺点

• 移动构造函数和移动分配中的代码重复
• 在移动分配中部分地重复析构函数的代码。

方法2:破坏+建筑

Test::Test(Test&& other) noexcept
  : handle_(std::exchange(other.handle_, nullptr))
  , name_(std::move(other.name_))
{
}

Test& Test::operator=(Test&& other) noexcept
{
  this->~Test();
  new (this) Test(std::move(other));

  return *this;
}

优点

• 没有代码重复
• 如果没有虚拟函数，则性能良好。

缺点

• 虚拟方法表(VMT)初始化两次(如果类具有虚拟函数)
• 不能在基类中使用。基类必须仅实现移动构造函数。

方法3:复制‘n’跳槽

Test::Test(Test&& other) noexcept
  : handle_(std::exchange(other.handle_, nullptr))
  , name_(std::move(other.name_))
{
}

Test& Test::operator=(Test&& other) noexcept
{
  Test (std::move(other)).swap(*this);
  return *this;
}

或复制和移动操作符2 in-1：

Test& Test::operator=(Test other) noexcept
{
  swap(other, *this);
  return *this;
}

优点

• 没有代码重复

缺点

• 创建额外的对象
• 在swap函数中交换数据成员时创建的更小的对象
• 交换函数中的某种代码重复

方法4:通过移动分配移动构造函数

这就是你在MSDN上发现的

Test::Test(Test&& other) noexcept
{
  *this = std::move(other);
}

Test& Test::operator=(Test&& other) noexcept
{
  if(handle_) free(handle_);
      
  handle_ = std::exchange(other.handle_, nullptr);
  name_ = std::move(other.name_);

  return *this;
}

优点

• 没有代码重复

缺点

• 不适用于包含非默认可构造数据成员的类。
• 数据成员在移动构造函数中初始化两次。

链接

• [Wiki] -移动赋值算子
• [cppreference.com] -移动赋值算子
• [MSDN] -移动构造函数和移动赋值运算符
• [Vollmann] - C++：关于实现移动分配的更多信息
• [草药萨特]-移动，简单地

更多答案

• 调用移动赋值运算符实现移动构造函数
• 什么是复制和交换成语？
• 移动构造函数与移动分配