BlueRoseNote/深入应用c++11代码优化与工程级应用第二章.md at a1a7c5879e8fa2d11a1bde844d09de3a41c72a04

2023-06-29 11:55:02 +08:00

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使用c++改进出程序性能

2.1右值引用

左值：表达式结束后依然存在的持久对象
右值：表达式结束时就不存在的临时对象
一个区分左值与右值的便捷方法：看能不能对表达式取地址，如果能则为左值，否则为右值。所有的具名变量或者对象都未左值，而右值不具名。
右值有两个概念构成,一个是将亡值，另一个是纯右值。

2.1.1 &&的特性

右值引用就是对一个右值进行引用的类型。因为右值不具名，所以我们只能通过引用的方式找到它。

template<typnename T>
void f(T&& param);      //T的类型需要推断,所以是个universal references

template<typename T>
class Test{
    Test(Test&& rhs);   //已经定义类型，所以&&是个右值
};

void f(Test&& rhs);     //同上

template<typnename T>
void f(const T&& params);   //&&是个右值，因为universal references仅仅在T&&下发生。

T&&被左值或者右值初始化被称为引用折叠。
总结：

左值和右值是独立于他们的类型的，右值引用类型可能是左值也可以是右值。
auto&&或是函数类型自动推导的T&&是一个未定的引用类型。
所有的右值引用叠加到右值引用上仍然是右值引用，其他都是左值引用。当T&&为函数模板时，输入左值，它会变成左值引用，而输入右值时则会变成具名的右值引用。
编译器会将已经命名的右值引用视为左值，而将未命名的右值引用视为右值。

2.1.2 右值引用优化性能，避免深拷贝

对于含有堆内存的类，我们需要提供深拷贝的拷贝构造函数，如果使用默认构造函数，会导致堆内存的重复删除：

class A{
public:
    A():m_ptr(new int(0))
    {
    
    }
    ~A()
    {
        delete m_ptr;
    }
private:
    int* m_ptr;
};

A Get(bool flag)
{
    A a;
    A b;
    if(flag)
        return a;
    else
        return b;
}
int main()
{
    A a=Get(false);     //运行出错
}

在上面的代码中，默认构造函数是浅拷贝，a和b会指向同一个指针m_ptr,在析构时会导致重复删除该指针，正确的方法是提供深拷贝函数。

A(const A& a):m_ptr(new int(*a.m_ptr))
{
    
}

但是有时这种拷贝构造函数是没有必要的，使用移动构造函数会更好。

A(A&& a):m_ptr(a.m_ptr)
{
    a.m_ptr=nullptr;
}

这里的A&&用来根据参数是左值还是右值来建立分支，如果是临时值，则会选择移动构造函数。
需要注意的是：一般在提供右值引用的构造函数同时，也会提供左值引用的拷贝构造函数，以保证移动不成还可以用拷贝；提供了移动也同时提供拷贝构造函数。

有关拷贝构造函数相关的一些笔记：
拷贝构造函数是C++独有的，它是一种特殊的构造函数，用基于同一类的一个对象构造和初始化另一个对象。当没有重载拷贝构造函数时，通过默认拷贝构造函数来创建一个对象 A a; A b(a); A b=a; 都是拷贝构造函数来创建对象b 强调：这里b对象是不存在的，是用a 对象来构造和初始化b的！！

浅拷贝：如果复制的对象中引用了一个外部内容（例如分配在堆上的数据），那么在复制这个对象的时候，让新旧两个对象指向同一个外部内容，就是浅拷贝。（指针虽然复制了，但所指向的空间内容并没有复制，而是由两个对象共用，两个对象不独立，删除空间存在）
深拷贝：如果在复制这个对象的时候为新对象制作了外部对象的独立复制，就是深拷贝。

拷贝构造函数重载声明如下：

A (const A&other)

下面为拷贝构造函数的实现：

class A
{
  int m_i
  A(const A& other):m_i(other.m_i)
{
  Cout<<”拷贝构造函数”<<endl;
}
}

赋值函数
当一个类的对象向该类的另一个对象赋值时，就会用到该类的赋值函数。当没有重载赋值函数（赋值运算符）时，通过默认赋值函数来进行赋值操作 A a; A b; b=a;
强调：这里a,b对象是已经存在的，是用a 对象来赋值给b的！！

赋值运算的重载声明如下：

 A& operator = (const A& other)

拷贝构造函数是一个对象初始化一块内存区域，这块内存就是新对象的内存区，而赋值函数是对于一个已经被初始化的对象来进行赋值操作。

class  A;  
A a;  
A b=a;   //调用拷贝构造函数（b不存在）  
A c(a) ;   //调用拷贝构造函数  
  
/****/  
  
class  A;  
A a;  
A b;     
b = a ;   //调用赋值函数(b存在)</span>

一般来说在数据成员包含指针对象的时候，需要考虑两种不同的处理需求：一种是复制指针对象，另一种是引用指针对象。拷贝构造函数大多数情况下是复制，而赋值函数是引用对象
实现不一样。拷贝构造函数首先是一个构造函数，它调用时候是通过参数的对象初始化产生一个对象。赋值函数则是把一个新的对象赋值给一个原有的对象，所以如果原来的对象中有内存分配要先把内存释放掉，而且还要检察一下两个对象是不是同一个对象，如果是，不做任何操作，直接返回。

2.2 move语义

普通左值也可以借助移动语义进行优化
c++11提供std::move方法将左值转化为右值，从而方便使用移动语义。即强制将左值转化为右值引用。

{
    std::list<std::string> tokens;
    std::list<std::string> t=tokens;
}
    std::list<std::string> tokens;
    std::list<std::string> t=std::move(tokens);

事实上标准库容器都实现了move语义，而一些int之类的基础类型计算使用move，但仍然会发生拷贝。

2.3 forward和完美转发

右值引用类型独立于值，一个右值引用参数作为函数的形参，在函数内部再转发该参数时它已经变成一个左值了。
所以我们需要“完美转发”，是指在函数模板中，完全依照模板的参数的类型（即保持参数的左值、右值特征），讲参数传递给函数模板中调用另一个函数。c++11中提供了std::forward

2.4emplace_back减少内存拷贝与移动

emplace_back能通过参数构造对象，不需要拷贝或者移动内存，相比push_back能够更好得避免内存的拷贝与移动，使得容器性能得到进一步提升。大多数情况下应该优先使用emplace_back。
其原理是直接利用构造函数直接构造对象
当然在push_back还不能完全被代替，比如在没有提供构造函数的的struct。

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