C++11中value category及move semantics的示例分析

這篇文章主要為大家展示了“C++11中value category及move semantics的示例分析”，內容簡而易懂，條理清晰，希望能夠幫助大家解決疑惑，下面讓小編帶領大家一起研究并學習一下“C++11中value category及move semantics的示例分析”這篇文章吧。

前言

C++11之前value categories只有兩類，lvalue和rvalue，在C++11之后出現了新的value categories，即prvalue, glvalue, xvalue。不理解value categories可能會讓我們遇到一些坑時不知怎么去修改，所以理解value categories對于寫C++的人來說是比較重要的。而理解value categories離不開一個概念——move semantics。了解C++11的人我相信都了解了std::move，右值引用，移動構造/移動復制等概念，但是對move semantics這個概念的準確定義，可能還有很多人比較模糊。

什么是move semantics（移動語義）？

semantics是來自語言學的一個概念，翻譯成中文就是“語義”。說到計算機語言，可能有很多人認為他是計算機科學下面的子門類。實際上他是計算機科學和語言學的交叉科目，里面有很多概念都來自語言學的內容，甚至也有語言學科班的學生之后去做編譯的研究/工作。所以我們先從自然語言入手，通過類比能夠更好地理解move semantics。下面有兩個句子：

1. 他是飯桶。

2. 這是飯桶。

這兩句話里面都有“飯桶”這個詞，但是兩個句子中“飯桶”意思卻不一樣。從語法上來看，這倆都是“<代詞>是飯桶”的形式，只有代詞不一樣，但句子意思卻完全不一樣了。句子1的意思是罵一個人很沒用，句子2的意思是說明這個物體是盛飯的桶。這個例子說明，要理解一個單詞的意思（例如“飯桶”）是要結合句中其他單詞，以及整個句子的。

在C++語言中也是類似的。下面有兩個“句子”（語句）：

• vec = vector<int>();

• vec = another_vec;

其中，vec和another_vec都是vector<int>類型的變量。

這兩個語句都是“vec = XXXX;”的形式，但是語句1是把XXXX移動到變量vec，語句2是把XXXX拷貝給vec。兩個語句中都有“=”運算符，但是語句1中的意思是“移動到”，語句2中的意思是“拷貝給”。所以“=”運算符和整個句子的意思是由XXXX的類型決定的。我們可以說語句1有移動的意思，語句2有拷貝的意思，或者說，語句1中的“=”是移動的意思，語句2中的“=”是拷貝的意思。更正式地說，語句1呈現了移動語義，語句2呈現了拷貝語義，語句1中的“=”呈現了移動語義，語句2中的“=”呈現了拷貝語義。用英文說則是，statement 1 displayed move semantics; statement 2 displayed copy semantics; operator= in statement 1 displayed move semantics; operator= in statement 2 displayed copy semantics。

其實“移動語義”翻譯成白話就是“移動的意思”。

怎么理解5種value categories（值類別）？

C++中的每個表達式都有兩種屬性，一個是type（類型），另一個就是value category（值類別）。每個表達式的值類別一定屬于且僅屬于prvalue (pure rvalue), xvalue, lvalue三種中的一種。prvalue和xvalue統稱為rvalue，xvalue和lvalue統稱為glvalue (generalized lvalue)，如下圖所示：

那么，prvalue，xvalue和lvalue是怎么定義的？

其實所有表達式都有以下兩種屬性：

• 是否有identity（同一性，或者說“有身份”）：是否可以與另一個表達式或對象比較，判斷是否是同一個實體。比如，如果有地址，可以比較他們的地址相同；

• 是否可以移動：如果出現在賦值，初始化等語句中，是否會使語句呈現移動語義。

于是有：

• 有identity，也可以移動的表達式為xvalue表達式；

• 有identity，但不能移動的表達式為lvalue表達式；

• 沒有identity，但是可以移動的表達式為prvalue表達式；

至于沒有identity，也不可以移動的表達式，在實際應用中不存在這樣的表達式，也沒必要有這樣的表達式。

對于另外兩種值類別，我們可以這么總結：

• 有identity的表達式，值類別為glvalue；

• 可以移動的表達式，值類別為rvalue。

分析理解C++標準中決定值類別的規則

C++標準給出了一系列規則，來規定哪些表達式有哪種值類別。我們可以結合上面給出的值類別定義去理解這些規則。舉個例子，對于xvalue表達式，有這樣的規則：

如果一個表達式是函數調用或重載運算符表達式，且其返回類型為右值引用，例如 std::move(x)，那么這個表達式是xvalue表達式

對于這個規則，我們可以這么理解：首先，如果要返回一個對象，肯定是要在棧上面預留內存空間的，所以這個對象是有identity的。第二，返回類型是右值引用，所以它會讓使用這個表達式的語句呈現移動語義，所以是可移動的。因此，這個表達式是xvalue表達式。

對于xvalue還有這樣的規則

對象成員表達式，即"a.m"，如果 a 是右值且 m 是非引用類型的非靜態數據成員，則這個表達式是xvalue表達式

這條規則可以這么理解：首先，a是右值，也就是可以移動，那么作為a對象的一部分，m也應當是可以移動的。第二，訪問對象的“.”運算符實際上是計算地址偏移，既然有地址，那么肯定是有identity的。因此，這個表達式是xvalue表達式。

再比如：

對象成員表達式，即"a.m"，如果 m 是成員枚舉符或非靜態成員函數，則這個表達式是prvalue表達式

枚舉符在編譯后其實就是一個數字；成員函數在編譯后實際上是指向代碼段的地址，實際上也是一個數字。這兩個數字都是在編譯時期就決定了的數字。cpu使用這些數字時，這些數字是直接放在指令內部或者是放在寄存器中的，不會放在內存中，所以他們是沒有identity的。其實換個角度想，因為他們只是一個值，不是變量，所以沒有identity也是很合理的。因此，這個表達式是prvalue表達式。

C++標準還定義了很多這樣的規則，都可以用類似的方法分析并理解，而不需要去死記硬背。

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