C++ 引用、构造函数、移动语义

1、引用

C++中的引用主要用作函数的形参，接近于const指针，必须在创建时初始化。

以Person类为例，如下：

Person p;                          //调用P的构造函数，创建对象P

Person &p2 = p;                //引用变量P2指向P

Person p3 = p2;                //P2是引用，创建一个p3的对象，会调用Person的拷贝构造函数，p3和p不是一个对象。

Person &P4 = get(p);　　//形参是引用，所以参数传入时不会再生成一个临时对象。

　　    //返回一个引用，并将P4指向该引用。

Person P5 = get(p);          //形参是引用，所以参数传入时不会再生成一个临时对象。

//返回一个引用，由于要创建一个P5的对象，所以会调用拷贝构造函数生成一个对象。

Person& get(Person  &p)

{

return p;

}

实际上，现在的C++标准对于形参为const引用的C++函数，如果实参不匹配，那么编译器会生成临时变量，其行为也类似按值传递，为确保原始数据不被修改，将使用临时变量来存储值。所以尽可能地使用const。

上述提到的实参与引用参数不匹配的情况主要有两种：

1、实参类型正确，但是不是左值。

2、实参类型不正确，但是可以转换为正确的类型。

那什么是左值呢？左值参数即是可以被引用的数据对象，程序可以获取其地址，例如，变量、数组、对象、解引用的指针等都是左值。非左值包括字面常量(用引号括起来的字符串不算)和多项式，以及函数返回的临时对象(引用除外)。const变量也是左值，是一种特殊的左值，属于不可修改的左值。

以上的引用我们又称之为左值引用，C++11中新增了另一种引用，即右值引用。这种引用可以指向右值，使用&&声明。

double &&r3 = 5 + 9;//r3关联到13

将右值关联到右值引用将导致该右值被存储到特定的位置，且可以获取该位置地址。即我们虽然不能将取地址符用于14，但是我们可以用在r3上。这样我们就可以使用右值引用来访问该数据。

引入右值引用的主要目的之一是实现移动语义。

2、构造函数、拷贝构造函数、赋值运算符

在讲移动语义之前，先说一下构造函数、拷贝构造函数、赋值构造函数。C++为我们提供了4个特殊的成员函数，除了上面3个以外还包括析构函数，这里就不多说了。

Person();

Person(const Person & p);

Person& operator=(const Person &p);

函数原型如上所示，下面讲一下拷贝构造函数和赋值运算符的区别，以及何时会调用拷贝构造函数，何时会调用赋值运算符。

两者最根本区别在于：拷贝构造函数是用来创建对象，赋值运算符是用来将一个对象的值复制给另外一个对象。调用的是拷贝构造函数还是赋值运算符，主要是看是否有新的对象实例产生。如果产生了新的对象实例，那调用的就是拷贝构造函数；如果没有，那就是对已有的对象赋值，调用的是赋值运算符。

以下同样也Person为例

Person p = Person();    //构造函数

Person p1 = p;      //p1对象不存在，p对象存在，调用拷贝构造函数

p1 = p;             //p1和p对象都存在，调用赋值运算符

Person p2(p);           //p2对象不存在，p对象存在，调用拷贝构造函数

Test::get();            //函数内部p对象创建，调用构造函数

//函数返回时临时对象不存在，p对象存在，调用拷贝构造函数

//释放内部p对象；接着释放临时对象

Person p3 = Test::get();//函数内部p对象创建，调用构造函数

//函数返回时临时对象不存在，p对象存在，调用拷贝构造函数

//释放内部p对象；

Test::get(p3);      //什么都不调用

Person P4 = Test::get(p3);//调用一次拷贝构造函数，生成对象P4

class Test

{

public:

static Person& get(Person  &p)

{

return p;

}

static Person get()

{

Person p;

return p;

}

};

3、移动语义、移动构造函数、移动赋值运算符

首先我们分析下为什么需要移动语义。

先看一下C++11之前的复制过程

Person p(get());

static Person get()

{

Person p2;

return p2;

}

首先会创建函数内对象p2，然后调用拷贝构造函数创建一个临时对象，接着再调用拷贝构造函数创建对象p，然后再将临时对象删除。这时就做了冗余的工作，如果直接将p与临时对象关联起来，那岂不就少做了很多工作吗？这类似于计算机中移动文件的情形：实际文件还留在原来的地方，而只是修改了记录，这种方法我们称为移动语义。移动语义实质上没有移动数据，而只是修改了记录。

怎么样才能使用移动语义呢？

必须让编译器知道什么时候需要使用什么时候不需要使用。

首先我们定义一个移动构造函数，这时就可以使用右值引用了，它使用右值引用作为参数，该引用关联到右值实参，负责调整记录，将所有权转移给新对象的过程中，移动构造函数可能会修改其实参，这意味着右值引用参数不应该是const。移动构造函数如下所示

Person(Person &&p)

使用的时候，需要传入右值。如下所示

Person P(P1+P2);

移动语义只在消除额外的工作，机智的编译器可能自动消除额外的赋值工作，但通过使用右值引用，程序员可以指出何时使用移动语义。

除了构造函数外，赋值运算符也可以使用移动语义。原型如下

Person& operator=( Person && p);

移动构造函数和移动赋值运算符都是用右值，如果想要使用左值，该如何办呢？可以使用std::move函数，该函数将左值转换成右值。对于大多数程序员来说，右值引用的好处并非让他们能够编写使用右值引用的代码，而是能够利用右值引用实现移动语义的库代码。例如，STL类现在都有拷贝构造函数，移动构造函数，复制赋值运算符，移动赋值运算符。

通常情况下编译器将提供6个特殊的成员函数，但是，如果您提供了析构函数、拷贝构造函数和复制赋值运算符，那么编译器将不提供移动构造函数和移动赋值运算符，相反，如果提供了移动构造函数和移动赋值运算符，那么编译器将不会提供拷贝构造函数和复制运算符。