右值引用

编辑:爱学习互动百科 时间:2019-09-29 05:54:30
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右值引用(及其支持的Move语意和完美转发)是C++0x将要加入的最重大语言特性之一,这点从该特性的提案在C++ - State of the Evolution列表上高居榜首也可以看得出来。
中文名
右值引用
属????性
设计语言
平????台
计算机
优????势
数据开放
从实践角度讲,它能够完美解决C++中长久以来为人所诟病的临时对象效率问题。从语言本身讲,它健全了C++中的引用类型左值右值方面的缺陷。从库设计者的角度讲,它给库设计者又带来了一把利器。从库使用者的角度讲,不动一兵一卒便可以获得“免费的”效率提升…
在标准C++语言中,临时量(术语为右值,因其出现在赋值表达式的右边)可以被传给函数,但只能被接受为const &类型。这样函数便无法区分传给const &的是真实的右值还是常规变量。而且,由于类型为const &,函数也无法改变所传对象的值。C++0x将增加一种名为右值引用的新的引用类型,记作typename &&。这种类型可以被接受为非const值,从而允许改变其值。这种改变将允许某些对象创建转移语义。比如,一个std::vector,就其内部实现而言,是一个C式数组的封装。如果需要创建vector临时量或者从函数中返回vector,那就只能通过创建一个新的vector并拷贝所有存于右值中的数据来存储数据。之后这个临时的vector则会被销毁,同时删除其包含的数据。有了右值引用,一个参数为指向某个vector的右值引用的std::vector的转移构造器就能够简单地将该右值中C式数组的指针复制到新的vector,然后将该右值清空。这里没有数组拷贝,并且销毁被清空的右值也不会销毁保存数据的内存。返回vector的函数现在只需要返回一个std::vector<>&&。如果vector没有转移构造器,那么结果会像以前一样:用std::vector<> &参数调用它的拷贝构造器。如果vector确实具有转移构造器,那么转移构造器就会被调用,从而避免大量的内存分配
考虑到安全因素,具名变量即使被声明为右值类型也不会被当作右值。如需把它当作右值,须使用库函数std::move()。
bool is_r_value(int &&)
{
return true;
}
bool is_r_value(const int &)
{
return false;
}
void test(int &&i)
{
is_r_value(i); // false
is_r_value(std::move(i)); // true
}
出于右值引用定义的本质特征以及某些对左值引用(常规引用)定义的修改,现在右值引用允许程序员提供函数参数的完美转发。当与模板变参相结合时,这种能力可以允许函数模板完美地将参数转发给接受那些参数的其他函数。这在转发构造器参数时尤为有用:可以创建一些能自动调用具有相应参数构造器的工厂函数。C++语言一直具有常量表达式的概念。这些诸如3+4之类的表达式总是产生相同的结果且不具备副作用。常量表达式给编译器带来了优化的可能,而编译器也经常在编译期执行此类表达式并将结果存放在程序中。此外,C++语言规范中有一些地方需要使用常量表达式。定义数组需要常量表达式,而枚举值也必须是常量表达式。 然而,每当碰到函数调用或对象构造,常量表达式便不再有效。所以简单如下例便不合法:
int GetFive()
{
return 5;
}
int some_value[GetFive() + 5]; //create an array of 10 integers. illegal C++
这段代码在C++中不合法,因为GetFive() + 5不是一个常量表达式编译器无从知
晓GetFive在运行期是否产生常量。理论上,这个函数可能会影响某个全局变量
或者调用其他运行期产生非常量的函数。
C++0x将引入constexpr关键字,此关键字将使用户能保证某个函数或构造器在编译
期产生常量。上例可被改写如下:
constexpr int GetFive()
{
return 5;
}
int some_value[GetFive() + 5]; //create an array of 10 integers. legal C++0x
这段代码将使编译器理解并确认GetFive是个编译期常量
在函数上使用constexpr将对函数功能施加严格的限制。首先,函数必须返回非
void类型。其次,函数体必须具有"return /expr/"的形式。第三,expr在参数替
换后必须是常量表达式。该常量表达式只能调用其他定义为constexpr的函数,只
能使用其他常量表达式数据变量。第四,常量表达式中一切形式的递归均被禁止。
最后,这种带constexpr的函数在编译单元中必须先定义后调用。
变量也可被定义为常量表达式值。
constexpr double forceOfGravity = 9.8;
constexpr double moonGravity = forceOfGravity / 6;
常量表达式数据变量隐含为常量。它们只能存放常量表达式或常量表达式构造器
结果。
为了从用户自定义类型中构建常量表达式数据值,构造器在声明时可带
constexpr。同常量表达式函数一样,在编译单元中常量表达式构造器也必须先定
义后使用。常量表达式构造器函数体必须为空,而且它必须用常量表达式构造其成
员。这种类型的析构器必须是平凡的。
由常量表达式拷贝构造的类型也必须被定义为constexpr,以使它们能从常量表达
式函数中作为值被返回。类的任何成员函数,包括拷贝构造器和操作符重载,都能
被声明为constexpr,只要它们符合常量表达式函数的定义。这就允许编译器在编
译期不仅能拷贝类对象,也能对其实施其他操作。
常量表达式函数或构造器可以用非constexpr参数来调用。就如同一个constexpr整
数常量可以被赋给一个非constexpr变量一样,constexpr函数也可用非constexpr
参数来调用,并且其结果也可存放在非constexpr变量中。此关键字只是提供了在
一个表达式的全部成员均为constexpr时其结果为编译期常量的可能性。
在标准C++语言中,要让结构成为POD类型必须满足某几条规则。有充分理由让一大
堆类型满足这些规则(定义);只要满足这些规则,结构的实现将产生兼容于C的
对象布局。然而,在C++03中这些规则过于严格。
C++0x将放松某些关于POD的限制规则。
如果一个类或结构是平凡的,具有标准布局的,且不包含任何非POD的非静态成
员,那么它就被认定是POD。平凡的类或结构定义如下:
1.具有一个平凡的缺省构造器。(可以使用缺省构造器语法,如 SomeConstructor() = default;).
2.具有一个平凡的拷贝构造器。(可以使用缺省构造器语法).
3.具有一个平凡的拷贝赋值运算符。(可以使用缺省语法)
4.具有一个非虚且平凡的析构器
一个具有标准布局的类或结构被定义如下:
1.所有非静态数据成员均为标准布局类型。
2.所有非静态成员的访问权限(public, private, protected) 均相同。
3.没有虚函数
4.没有虚基类
5.所有基类均为标准布局类型。
6.没有任何基类的类型与类中第一个非静态成员相同。
7.要么全部基类都没有非静态数据成员,要么最下层的子类没有非静态数据成
员且最多只有一个基类有非静态数据成员。总之继承树中最多只能有一个类有非静
数据成员。所有非静态数据成员必须都是标准布局类型。
在标准C++语言中,如果在某一个编译单元中编译器碰到一个参数完全指定的模
板,它就必须具现化该模板。这种做法可能大大延长编译时间,尤其在许多编译单
元使用同样的参数具现化该模板时。
C++0x将引入外部模板的概念。C++已经拥有了迫使编译器在某一地点具现化模板的
语法:
template class std::vector;
C++所缺乏的是防止编译器具现化某个模板的能力。C++0x只是简单地将语法扩展为:
extern template class std::vector;
这段代码将告诉编译器不要在这个编译单元具现化此模板。
标准C++语言从C语言中借入了初始化列表概念。根据这一概念,结构或数组可以通
过给定一串按照结构中成员定义的次序排列的参数来创建。初始化列表可以递归创
建,因此结构数组或包含其他结构的结构也能使用初始化列表。这对于静态列表或
用某些特定值初始化结构而言非常有用。C++语言中存在能让对象初始化的构造器
特性。但构造器特性本身并不能取代初始化列表的所有功能。标准C++允许类和结
构使用初始化列表,但它们必须满足POD的定义。非POD的类不能使用初始化列表
一些C++式的容器如std::vector和boost::array也不行。
C++0x将把初始化列表绑定为一种名为std::initializer_list的类型。这将允许构
造器及其他函数接受初始化列表作为其参数。比如:
class SequenceClass
{
public:
SequenceClass(std::initializer_list < int >list);
};
这段代码将允许SequenceClass用一串整数构造,如下所示:
SequenceClass someVar = {1, 4, 5, 6};
这种构造器是一种特殊类型的构造器,名为初始化列表构造器。具有这种构造器的
类在统一的初始化形式中将被特殊对待。
std::initializer_list<>类在C++0x标准库中将成为一等公民。但是这个类的对象
只能通过使用{}语法由C++0x编译器静态构建并初始化。列表一旦构建即可被拷
贝,尽管只是引用拷贝。初始化列表是常量,一旦构建,组成列表的成员以及其成
员所包含的数据便无法改变。
由于初始化列表是一种真实的类型,因此在类构造器之外的地方也能使用。常规函
数也可接受初始化列表作为其参数。比如:
void FunctionName(std::initializer_list list);
FunctionName({1.0f, -3.45f, -0.4f});
标准C++在类型初始化中存在一些问题。语言中存在几种类型初始化方式,但替换
使用的话产生的结果不尽相同。传统的构造语法看起来更像函数声明。必须采取措
施以使编译器不把对象构造误认为函数声明。只有集合类型和POD类型能用集合初
始化器初始化(用SomeType var = {/*stuff*/};).
C++0x将提供一种能作用于任何对象的完全统一的类型初始化形式。这种形式对初
始化列表语法作了扩展:
struct BasicStruct
{
int x;
float y;
};
struct AltStruct
{
AltStruct(int _x, float _y) : x(_x), y(_y) {}
private:
int x;
float y;
};
BasicStruct var1{5, 3.2f};
AltStruct var2{2, 4.3f};
var1的初始化的运作方式就如同一个C式的初始化列表。每个public变量都将用初
始化列表中的值初始化。如果需要,隐式类型转化将被使用,并且如果没有隐式类
型转化可供使用,编译器将报告编译失败。
var2的初始化只是简单地调用构造器
统一的初始化对象构造将消除在某些情况下指定类型的需要:
struct IdString
{
std::string name;
int identifier;
};
IdString var3{"SomeName", 4};
这种语法会自动使用const char *调用std::string进行初始化。程序员也可以使
用下面的代码:
IdString GetString()
{
return {"SomeName", 4}; //Note the lack of explicit type.
}
统一的初始化形式不会取代构造器语法。某些情况下仍然需要构造器语法。如果一
个类具有初始化列表构造器(TypeName(initializer_list);),,那么只
要初始化列表符合该构造器的类型,初始化列表构造将优先于其他构造形式。
C++0x版本的std::vector将拥有匹配与模板参数的初始化列表构造器。这就意味着
下面这段代码:
std::vector theVec{4};
这段代码将调用初始化列表构造器,而不会调用std::vector中接受单个长度参数
并创建相应长度的vector的构造器。为了调用后一个构造器,用户需要直接使用标
准构造器语法。
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