Конструкторы move и операторы присваивания move (C++)

Статья
04/03/2023

В этом разделе описывается запись конструктора перемещения и оператора назначения перемещения для класса C++. Конструктор перемещения позволяет переместить ресурсы, принадлежащие объекту rvalue, в lvalue без копирования. Дополнительные сведения о семантике перемещения см. в статье Rvalue Reference Declarator: &>.

Этот раздел построен на основе приведенного ниже класса C++ MemoryBlock, который управляет буфером памяти.

// MemoryBlock.h
#pragma once
#include <iostream>
#include <algorithm>

class MemoryBlock
{
public:

   // Simple constructor that initializes the resource.
   explicit MemoryBlock(size_t length)
      : _length(length)
      , _data(new int[length])
   {
      std::cout << "In MemoryBlock(size_t). length = "
                << _length << "." << std::endl;
   }

   // Destructor.
   ~MemoryBlock()
   {
      std::cout << "In ~MemoryBlock(). length = "
                << _length << ".";

      if (_data != nullptr)
      {
         std::cout << " Deleting resource.";
         // Delete the resource.
         delete[] _data;
      }

      std::cout << std::endl;
   }

   // Copy constructor.
   MemoryBlock(const MemoryBlock& other)
      : _length(other._length)
      , _data(new int[other._length])
   {
      std::cout << "In MemoryBlock(const MemoryBlock&). length = "
                << other._length << ". Copying resource." << std::endl;

      std::copy(other._data, other._data + _length, _data);
   }

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

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

         _length = other._length;
         _data = new int[_length];
         std::copy(other._data, other._data + _length, _data);
      }
      return *this;
   }

   // Retrieves the length of the data resource.
   size_t Length() const
   {
      return _length;
   }

private:
   size_t _length; // The length of the resource.
   int* _data; // The resource.
};

В следующих процедурах описывается создание конструктора перемещения и оператора присваивания перемещения для этого примера класса C++.

Создание конструктора перемещения для класса C++

Определите пустой метод конструктора, принимающий в качестве параметра ссылку rvalue на тип класса, как показано в следующем примере:
```
MemoryBlock(MemoryBlock&& other)
   : _data(nullptr)
   , _length(0)
{
}
```
В конструкторе перемещения присвойте создаваемому объекту данные-члены класса из исходного объекта:
```
_data = other._data;
_length = other._length;
```
Присвойте данным-членам исходного объекта значения по умолчанию. Это не позволяет деструктору многократно освобождать ресурсы (например, память):
```
other._data = nullptr;
other._length = 0;
```

Создание оператора присваивания перемещения для класса C++

Определите пустой оператор присваивания, принимающий в качестве параметра ссылку rvalue на тип класса и возвращающий ссылку на тип класса, как показано в следующем примере:
```
MemoryBlock& operator=(MemoryBlock&& other)
{
}
```
В операторе присваивания перемещения добавьте условный оператор, который не выполняет никакой операции при попытке присвоить объект самому себе.
```
if (this != &other)
{
}
```
В условном операторе освободите все ресурсы (такие как память) из объекта, которому производится присваивание.

В следующем примере освобождается член _data из объекта, которому производится присваивание:
```
// Free the existing resource.
delete[] _data;
```
Выполните шаги 2 и 3 из первой процедуры, чтобы переместить данные-члены из исходного объекта в создаваемый объект:
```
// 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;
```
Верните ссылку на текущий объект, как показано в следующем примере:
```
return *this;
```

Пример. Полный конструктор перемещения и оператор назначения

В следующем примере показаны полные конструктор перемещения и оператор назначения перемещения для класса MemoryBlock:

// Move constructor.
MemoryBlock(MemoryBlock&& other) noexcept
   : _data(nullptr)
   , _length(0)
{
   std::cout << "In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = "
             << other._length << ". Moving resource." << std::endl;

   // 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;
}

// Move assignment operator.
MemoryBlock& operator=(MemoryBlock&& other) noexcept
{
   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;
}

Пример использования семантики перемещения для повышения производительности

В следующем примере показано, как семантика перемещения может повысить производительность приложений. В примере добавляются два элемента в объект-вектор, а затем вставляется новый элемент между двумя существующими элементами. Класс vector использует семантику перемещения для эффективного выполнения операции вставки, перемещая элементы вектора вместо копирования.

// rvalue-references-move-semantics.cpp
// compile with: /EHsc
#include "MemoryBlock.h"
#include <vector>

using namespace std;

int main()
{
   // Create a vector object and add a few elements to it.
   vector<MemoryBlock> v;
   v.push_back(MemoryBlock(25));
   v.push_back(MemoryBlock(75));

   // Insert a new element into the second position of the vector.
   v.insert(v.begin() + 1, MemoryBlock(50));
}

В примере получается следующий вывод.

In MemoryBlock(size_t). length = 25.
In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 25. Moving resource.
In ~MemoryBlock(). length = 0.
In MemoryBlock(size_t). length = 75.
In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 75. Moving resource.
In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 25. Moving resource.
In ~MemoryBlock(). length = 0.
In ~MemoryBlock(). length = 0.
In MemoryBlock(size_t). length = 50.
In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 50. Moving resource.
In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 25. Moving resource.
In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 75. Moving resource.
In ~MemoryBlock(). length = 0.
In ~MemoryBlock(). length = 0.
In ~MemoryBlock(). length = 0.
In ~MemoryBlock(). length = 25. Deleting resource.
In ~MemoryBlock(). length = 50. Deleting resource.
In ~MemoryBlock(). length = 75. Deleting resource.

Перед Visual Studio 2010 в этом примере выводятся следующие выходные данные:

In MemoryBlock(size_t). length = 25.
In MemoryBlock(const MemoryBlock&). length = 25. Copying resource.
In ~MemoryBlock(). length = 25. Deleting resource.
In MemoryBlock(size_t). length = 75.
In MemoryBlock(const MemoryBlock&). length = 25. Copying resource.
In ~MemoryBlock(). length = 25. Deleting resource.
In MemoryBlock(const MemoryBlock&). length = 75. Copying resource.
In ~MemoryBlock(). length = 75. Deleting resource.
In MemoryBlock(size_t). length = 50.
In MemoryBlock(const MemoryBlock&). length = 50. Copying resource.
In MemoryBlock(const MemoryBlock&). length = 50. Copying resource.
In operator=(const MemoryBlock&). length = 75. Copying resource.
In operator=(const MemoryBlock&). length = 50. Copying resource.
In ~MemoryBlock(). length = 50. Deleting resource.
In ~MemoryBlock(). length = 50. Deleting resource.
In ~MemoryBlock(). length = 25. Deleting resource.
In ~MemoryBlock(). length = 50. Deleting resource.
In ~MemoryBlock(). length = 75. Deleting resource.

Версия этого примера, в которой используется семантика перемещения, более эффективна, чем версия, в которой эта семантика не используется, поскольку в ней выполняется меньше операций копирования, выделения памяти и освобождения памяти.

Отказоустойчивость

Во избежание утечки ресурсов (таких как память, дескрипторы файлов и сокеты) обязательно освобождайте их в операторе присваивания перемещения.

Чтобы предотвратить невосстановимое уничтожение ресурсов, в операторе присваивания перемещения необходимо правильно обрабатывать присваивания самому себе.

Если для класса определены как конструктор перемещения, так и оператор присваивания перемещения, можно исключить избыточный код, написав конструктор перемещения так, чтобы он вызывал оператор присваивания перемещения. В следующем примере показана измененная версия конструктора перемещения, вызывающая оператор присваивания перемещения:

// Move constructor.
MemoryBlock(MemoryBlock&& other) noexcept
   : _data(nullptr)
   , _length(0)
{
   *this = std::move(other);
}

Функция std::move преобразует lvalue other в rvalue.

См. также

Декларатор ссылки rvalue: &&
std::move