C++ 13拷贝控制

2021-08-17

拷贝控制操作（copy control）

拷贝构造函数（copy constructor）
拷贝赋值运算符（copy-assignment operator）
移动构造函数（move constructor）
移动赋值函数（move-assignement operator）
析构函数（destructor）

拷贝、赋值和销毁

拷贝构造函数

如果一个构造函数的第一个参数是自身类类型的引用，且任何额外参数都有默认值，则此构造函数是拷贝构造函数
class Foo{ public: Foo(const Foo&); }
合成的拷贝构造函数（synthesized copy constructor）：会将参数的成员逐个拷贝到正在创建的对象中
拷贝初始化
- 将右侧运算对象拷贝到正在创建的对象中，如果需要，还需进行类型转换
- 通常使用拷贝构造函数完成
- string book = "9-99"; (编译器可以绕过拷贝构造函数直接创建对象，但是拷贝构造函数必须存在)
- 出现场景
  - 用=定义变量时
  - 将一个对象作为实参传递给一个非引用类型的形参
  - 从一个返回类型为非引用类型的函数返回一个对象
  - 用花括号列表初始化一个数组中的元素或者一个聚合类中的成员

拷贝赋值运算符

重载赋值运算符
- 重写一个名为operator=的函数
- 通常返回一个指向其左侧运算对象的引用
- Foo& operator=(const Foo&);
合成拷贝赋值运算符
- 将右侧运算对象的每个非static成员赋予左侧运算对象的对应成员

析构函数

释放对象所使用的资源，并销毁对象的非static数据成员
名字由波浪号接类名构成。没有返回值，也不接受参数
~Foo();
调用时机
- 变量在离开其作用域时
- 当一个对象被销毁时，其成员被销毁
- 容器被销毁时，其元素被销毁
- 动态分配的对象，当对指向它的指针应用delete运算符时
- 对于临时对象，当创建它的完整表达式结束时
合成析构函数
- 空函数体执行完后，成员会被自动销毁
- 注意：析构函数体本身并不直接销毁成员

三/五法则

需要析构函数的类也需要拷贝和赋值操作
需要拷贝操作的类也需要赋值操作，反之亦然

使用=default

可以通过将拷贝控制成员定义为=default来显式地要求编译器生成合成的版本
合成的函数将隐式地声明为内联的

阻止拷贝

大多数类应该定义默认构造函数、拷贝构造函数和拷贝赋值运算符，无论是隐式地还是显式地
定义删除的函数：=delete
虽然声明了它们，但是不能以任何方式使用它们
析构函数不能是删除的成员
如果一个类有数据成员不能默认构造、拷贝、复制或者销毁，则对应的成员函数将被定义为删除的
老版本使用private声明来阻止拷贝

拷贝控制和资源管理

类的行为可以像一个值，也可以像一个指针
- 行为像值：对象有自己的状态，副本和原对象是完全独立的
- 行为像指针：共享状态，拷贝一个这种类的对象时，副本和原对象使用相同的底层数据

交换操作

管理资源的类通常还定义一个名为swap的函数
经常用于重排元素顺序的算法
用swap而不是std::swap

#include <string>
#include <iostream>

class HasPtr {
public:
    HasPtr(const std::string &s = std::string()) : ps(new std::string(s)), i(0) { }
    HasPtr(const HasPtr &hp) : ps(new std::string(*hp.ps)), i(hp.i) { }
    HasPtr& operator=(const HasPtr &hp) {
        auto new_p = new std::string(*hp.ps);
        delete ps;
        ps = new_p;
        i = hp.i;
        return *this;
    }
    ~HasPtr() {
        delete ps;
    } 

    inline void swap(HasPtr &ptr) noexcept {
        using std::swap;
        swap(ps, ptr.ps);
        swap(i, ptr.i);
    }
    
    void show() { std::cout << *ps << std::endl; }
private:
    std::string *ps;
    int i;
};


//类型特定版本的std::swap优先级高于标准std中的swap
namespace std {
    template<>
    void swap<HasPtr>(HasPtr &ptrA, HasPtr &ptrB) {
        std::cout << "----std::swap----" << std::endl;
        ptrA.swap(ptrB);
    }
}

void swap(HasPtr& lhs, HasPtr& rhs) {
    lhs.swap(rhs);
    std::cout << "----test::swap----" << std::endl;
}

int main() {
    HasPtr a("aaa");
    HasPtr b("bbb");
    using std::swap;
    std::swap(a, b);
    swap(a, b); //如果存在类型特定的swap版本，其匹配程度会优于std中定义的版本
}

对象移动

很多拷贝操作后，原对象会被销毁，因此引入移动操作可以大幅度提升性能
在新标准中，我们可以用容器保存不可拷贝的类型，只要它们可以被移动即可
标准库容器、string和shared_ptr类既可以支持移动也支持拷贝。IO类和unique_ptr类可以移动但不能拷贝

右值引用

新标准引入右值引用以支持移动操作
通过&&获得右值引用
只能绑定到一个将要销毁的对象
常规引用可以称之为左值引用
左值持久，右值短暂

move函数：

int &&rr2 = std::move(rr1);
move告诉编译器，我们有一个左值，但我希望像右值一样处理它
调用move意味着：除了对rr1赋值或者销毁它外，我们将不再使用它

移动构造函数和移动赋值运算符

移动构造函数
- 第一个参数是该类类型的一个引用，关键是，这个引用参数是一个右值引用
- StrVec::StrVec(StrVec &&s) noexcept{}
- 不分配任何新内存，只是接管给定的内存
移动赋值运算符
- StrVec& StrVec::operator=(StrVec && rhs) noexcept{}
移动右值，拷贝左值
如果没有移动构造函数，右值也被拷贝
更新三/五法则：如果一个类定义了任何一个拷贝操作，它就应该定义所有五个操作
移动迭代器
- make_move_iterator函数讲一个普通迭代器转换为一个移动迭代器
建议：小心地使用移动操作，以获得性能提升

右值引用和成员函数

区分移动和拷贝的重载函数通常有一个版本接受一个const T&，而另一个版本接受一个T&&
引用限定符
- 在参数列表后面放置一个&，限定只能向可修改的左值赋值而不能向右值赋值
- 引用限定符可以是&或&&，分别指出this可以指向一个左值或右值
- 引用限定符只能用于（非static）成员函数，且必须同时出现在函数的声明和定义中
- 引用限定符必须跟随在const限定符之后