C++11特性《 右值引用-＜完美转发＞、lambda表达式》

1.右值引用

1.1移动语义
如果一个类中涉及到资源管理，用户必须显式提供拷贝构造、赋值运算符重载以及析构函数，否则编译器将 会自动生成一个默认的，如果遇到拷贝对象或者对象之间相互赋值，就会出错，比如：

class String
{
	pulic:
		String(char* str)
		{
			if(str == nullptr)
				str = "";
			_str = new char[strlen(str)+1];
			strcpy(_str,str); 
		}
		String(const String& s)
		:_str(new char[strlen(s._str)+1])
		{
			strcpy(_str,s._str);
		}
		
		String& operator=(const String& s)
		{
			if(this != &s)
			{
				char* pTemp = new char[strlen(s._str)+1];
				strcpy(pTemp,s._str);
				delete[] _str;
				_str = pTemp;
			}
			return *this;
		 } 
		 
		 ~String()
		 {
		 	if(_str)
		 	delete[] _str;
		 }
	private:
		char* _str;
 }; 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36

假设现在有一个函数，返回值为一个String类型的对象：

 
 String GetString(char* pStr)
 {
 	String strTemp(pStr);
 	return strTemp;
  } 
  
  int main()
  {
  	String s1("hello");
  	String s2(GetString("world"));
  	return 0;
  }
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13

大家分析下以上代码会出现什么问题？

上述代码看起来没有什么问题，但是有一个不太尽人意的地方：**GetString函数返回的临时对象，将s2拷贝 构造成功之后，立马被销毁了(临时对象的空间被释放)，再没有其他作用；而s2在拷贝构造时，又需要分配 空间，一个刚释放一个又申请，有点多此一举。**那能否将GetString返回的临时对象的空间直接交给s2呢？ 这样s2也不需要重新开辟空间了，代码的效率会明显提高。

将一个对象中资源移动到另一个对象中的方式，称之为移动语义。在C++11中如果需要实现移动语义，必须 使用右值引用。

 String(String&& s)  
   : _str(s._str)
    {    
    s._str = nullptr;
        }   
1
2
3
4
5

1.2 C++11中的右值
右值引用，顾名思义就是对右值的引用。C++11中，右值由两个概念组成：纯右值和将亡值。

• 纯右值
  纯右值是C++98中右值的概念，用于识别临时变量和一些不跟对象关联的值。比如：常量、一些运算表 达式(1+3)等。
• 将亡值
  生命周期将要结束的对象。比如：在值返回时的临时对象。

1.3 右值引用
格式：
类型&& 引用变量名字 = 实体；
右值引用最长常见的一个使用地方就是：与移动语义结合，减少无必要资源的开辟来提高代码的运行效率。

 String&&  GetString(char* pStr)
 {
 	String strTemp(pStr);
 	return strTemp;
  } 
  
  int main()
  {
  	String s1("hello");
  	String s2(GetString("world"));
  	return 0;
  }
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

注意：
1. 与引用一样，右值引用在定义时必须初始化。
2. 通常情况下，右值引用不能引用左值

int main()
{    
int a = 10;   
 //int&& ra;   // 编译失败，没有进行初始化   
  //int&& ra = a;  // 编译失败，a是一个左值       
   // ra是匿名常量10的别名    
   const int&& ra = 10;   
    return 0; 
    }；
1
2
3
4
5
6
7
8
9

1.4 std::move
C++11中，std::move()函数位于 头文件中，这个函数名字具有迷惑性，它并不搬移任何东西，唯一的功能 就是将一个左值强制转化为右值引用，通过右值引用使用该值，实现移动语义。 注意：被转化的左值，其生命周期并没有随着左右值的转化而改变，即std::move转化的左值变量lvalue不会被销毁。
注意：上述代码是move()误用的一个非常典型的例子，move更多的是用在声明周期即将结束的对象上。
1.5 移动语义中的一些问题
1.如果将移动构造函数声明为常右值引用或者返回右值的函数声明为常量，都会导致移动语义无法实现。

 string(const String&&); 
 const Person GetTempPerson(）;
1
2

2.在C++11中，无参构造函数/拷贝构造函数/移动构造函数实际上有3个版本

Object() 
Object(const T&)
 Object(T &&)

1
2
3
4

3.C++11中默认成员函数
默认情况下，编译器会为程序员隐式生成一个(如果没有用到则不会生成)移动构造函数。如果程序员声 明了自定义的构造函数、移动构造、拷贝构造函数、赋值运算符重载、移动赋值、析构函数，编译器都 不会再为程序员生成默认版本。编译器生成的默认移动构造函数实际和默认的拷贝构造函数类似，都是 按照位拷贝(即浅拷贝)来进行的。因此，在类中涉及到资源管理时，程序员最好自己定义移动构造函 数。其他类有无移动构造都无关紧要。注意：在C++11中，拷贝构造/移动构造/赋值/移动赋值函数必须 同时提供，或者同时不提供，程序才能保证类同时具有拷贝和移动语义.
1.6 完美转发
完美转发是指在函数模板中，完全依照模板的参数的类型，将参数传递给函数模板中调用的另外一个函数。
PerfectForward为转发的模板函数，Func为实际目标函数，但是上述转发还不算完美，完美转发是目标函 数总希望将参数按照传递给转发函数的实际类型转给目标函数，而不产生额外的开销，就好像转发者不存在 一样。
所谓完美：函数模板在向其他函数传递自身形参时，如果相应实参是左值，它就应该被转发为左值；如果相 应实参是右值，它就应该被转发为右值。这样做是为了保留在其他函数针对转发而来的参数的左右值属性进 行不同处理（比如参数为左值时实施拷贝语义；参数为右值时实施移动语义）。
C++11通过forward函数来实现完美转发, 比如：

void Fun(int &x){cout << "lvalue ref" << endl;} 
void Fun(int &&x){cout << "rvalue ref" << endl;} 
void Fun(const int &x){cout << "const lvalue ref" << endl;} 
void Fun(const int &&x){cout << "const rvalue ref" << endl;}
 
template<typename T>
void PerfectForward(T &&t){Fun(std::forward<T>(t));} 
int main() 
{   
 PerfectForward(10); // rvalue ref       
  int a;    PerfectForward(a); // lvalue ref    
  PerfectForward(std::move(a)); // rvalue ref
 
 const int b = 8;    
 PerfectForward(b); // const lvalue ref    
 PerfectForward(std::move(b)); // const rvalue ref
 
    return  0；
    }
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

结果：

2.lambda表达式

2.1 为什么要有lambda
当我们用排序算法对一个自定义类型的类进行排序时，需要自己重新去些一个类去实现比较的方法，随着C++语法的发展，人们开始觉得上面的写法太复杂了，每次为了实现一个algorithm算法， 都要重新去 写一个类，如果每次比较的逻辑不一样，还要去实现多个类，特别是相同类的命名，这些都给编程者带来了 极大的不便。因此，在C11语法中出现了Lambda表达式。
2.2 lambda表达式

struct Goods
{
	string _name;
	double _price;
}
int main()
{
	Goods gds[] = {{"苹果",2.1},{"香蕉",2.2},{"菠萝",1.5}};
	sort(gds,gds+sizeof(gds)/sizeof(gds[0]),[](const Goods& l,const Goods& r)-> bool
																{
																	return l._price< r._price;
																});
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

上述代码就是使用C++11中的lambda表达式来解决，可以看出lamb表达式实际是一个匿名函数。
2.3 lambda表达式的用法
1.lambda表达式书写格式：[capture-list] (parameters) mutable -> return-type { statement }

• lambda表达式各部分说明 [capture-list] : 捕捉列表，该列表总是出现在lambda函数的开始位置，编译器根据[]来判断接下来 的代码是否为lambda函数，捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供lambda函数使用。
• (parameters)：参数列表。与普通函数的参数列表一致，如果不需要参数传递，则可以连同()一起 省略
• mutable：默认情况下，lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。使用该修 饰符时，参数列表不可省略(即使参数为空)。
• ->return-type：返回值类型。用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值时此部分 可省略。返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回类型进行推导。
• {statement}：函数体。在该函数体内，除了可以使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量。
  注意： 在lambda函数定义中，参数列表和返回值类型都是可选部分，而捕捉列表和函数体可以为空。 因此C++11中最简单的lambda函数为：[]{}; 该lambda函数不能做任何事情。
  2.捕获列表说明
  捕捉列表描述了上下文中那些数据可以被lambda使用，以及使用的方式传值还是传引用。
• [var]：表示值传递方式捕捉变量var
• [=]：表示值传递方式捕获所有父作用域中的变量(包括this)
• [&var]：表示引用传递捕捉变量var
• [&]：表示引用传递捕捉所有父作用域中的变量(包括this)
• [this]：表示值传递方式捕捉当前的this指针
  注意：
• 父作用域指包含lambda函数的语句块
• 语法上捕捉列表可由多个捕捉项组成，并以逗号分割。 比如：[=, &a, &b]：以引用传递的方式捕捉变量a和b，值传递方式捕捉其他所有变量 [&，a, this]：值传递方式捕捉变量a和this，引用方式捕捉其他变量
• 捕捉列表不允许变量重复传递，否则就会导致编 译错误。 比如：[=, a]：=已经以值传递方式捕捉了所有变量，捕捉a重复
• 在块作用域以外的lambda函数捕捉列表必须为空。
• 在块作用域中的lambda函数仅能捕捉父作用域中局部变量，捕捉任何非此作用域或者非局部变量都 会导致编译报错。
• lambda表达式之间不能相互赋值，即使看起来类型相同
  个别举例：
  mutable

 int main()
{
	int a = 10;
	int b = 0;
	auto fun = [a](int c) ->int { a = 0; return a + c; };
	cout<<fun(10)<<endl;
	return 0;
}
1
2
3
4
5
6
7
8

结果：

将上面的代码的 ‘->’,加上关键字mutable之后，编译可通过。

lambda函数总是一个const函数，mutable可以取消其常量性。
2.4 函数对象与lambda表达式
函数对象，又称为仿函数，即可以想函数一样使用的对象，就是在类中重载了operator()运算符的类对象。

class Rate
{

public:
	Rate(double rate)
	:_rate(rate)
	{}
	
	double operator()(double money,int year)
	{
		return money* _rate*year;
		}	
		
	private:
		double _rate;
};

int mian()
{
	//函数对象
	double rate  = 0.49;
	Rate r1(rate);
	r1(10000,2);
	
	//仿函数
	auto r2 = [=](double money,int year)->double{return money*year*rate;} ;
	r2(10000,2);
	return 0;
 } 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29

结果：

从使用方式上来看，函数对象与lambda表达式完全一样。 函数对象将rate作为其成员变量，在定义对象时给出初始值即可，lambda表达式通过捕获列表可以直接将该 变量捕获到．