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《C++0x漫谈》系列之:右值引用或move语意与完美转发
By 刘未鹏(pongba)
C++的罗浮宫(/pongba)
这个系列其实早就想写了,断断续续关注C++0x也大约有两年余了,其间看着各个重要proposals一路review过来:rvalue-references、concepts、memory-model、variadic-templates、template-aliases、auto/decltype、GC、initializer-lists…
总的来说C++09跟C++98相比的变化是极其重大的。这个变化体现在三个方面,一个是形式上的变化,即在编码形式层面的支持,也就是对应我们所谓的编程范式(paradigm)。C++09不会引入新的编程范式,但在对泛型编程(GP)这个范式的支持上会得到质的提高:concepts、variadic-templates、auto/decltype、template-aliases、initializer-lists皆属于这类特性。另一个是内在的变化,即并非代码组织表达方面的,memory-model、GC属于这一类。最后一个是既有形式又有内在的,r-value references属于这类。
这个系列如果能够写下去,会陆续将C++09的新特性介绍出来。鉴于已经有许多牛人写了很多很好的tutor(这里,这里,还有C++标准主页上的一些introductive的proposals,如这里,此外C++社群中老当益壮的Lawrence Crowl也在google做了非常漂亮的talk)。所以我就不作重复劳动了:),我会尽量从一个宏观的层面,如特性引入的动机,特性引入过程中经历的修改,特性本身的最具代表性的使用场景,特性对编程范式的影响等方面进行介绍。至于细节,大家可以见每篇介绍末尾的延伸阅读。
右值引用导言
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。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++中的引用类型在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…
Move语意
返回值效率问题——返回值优化((N)RVO)——mojo设施——workaround——问题定义——Move语意——语言支持
大猴子Howard Hinnant写了一篇挺棒的tutorial(a.k.a. 提案N2027),此外最初的关于rvalue-reference的若干篇提案的可读性也相当强。因此要想了解rvalue-reference的话,或者去看C++标准委员会网站上的系列提案(见文章末尾的参考文献)。或者阅读本文。
源起
《大史记》总看过吧?
故事,素介个样子滴…一天,小嗖风风的吹着,在一个伸手不见黑夜的五指…(哎哟,谁人扔滴板砖?!%$@)
我用const引用来接受参数,却把临时变量一并吞掉了。我用非const引用来接受参数,却把const左值落下了。于是乎,我就在标准的每个角落寻找解决方案,我靠!我被8.5.3打败了!…
设想这样一段代码(既然大同小异,就直接从Andrei那篇著名的文章里面拿来了):
std::vectorint v = readFile();
readFile()的定义是这样的:
std::vectorint readFile()
{
std::vectorint retv;
… // fill retv
return retv;
}
这段代码低效的地方在于那个返回的临时对象。一整个vector得被拷贝一遍,仅仅是为了传递其中的一组int,当v被构造完毕之后,这个临时对象便烟消云散。
这完全是公然的浪费!
更糟糕的是,原则上讲,这里有两份浪费。一,retv(retv在readFile()结束之后便烟消云散)。二,返回的临时对象(返回的临时变量在v拷贝构造完毕之后也随即香消玉殒)。不过呢,对于上面的简单代码来说,大部分编译器都已经能够做到优化掉这两个对象,直接把那个retv创建到接受返回值的对象,即v中去。
实际上,临时对象的效率问题一直是C++中的一个被广为诟病的问题。这个问题是如此的著名,以至于标准不惜牺牲原本简洁的拷贝语意,在标准的12.8节悍然下诏允许优化掉在函数返回过程中产生的拷贝(即便那个拷贝构造函数有副作用也在所不惜!)。这就是所谓的“Copy Elision”。
为什么(N)RVO((Named) Return Value Optimization)几乎形同虚设
还是按照
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