Konstruktory a operátory přiřazení pro přesunutí (C++)

Článek
10/12/2023

Toto téma popisuje, jak napsat konstruktor přesunutí a operátor přiřazení přesunutí pro třídu C++. Konstruktor přesunutí umožňuje přesun prostředků vlastněných objektem rvalue do lvalue bez kopírování. Další informace o sémantice přesunutí naleznete v tématu Referenční deklarátor Rvalue: &>.

Toto téma vychází z následující třídy C++, MemoryBlockkterá spravuje vyrovnávací paměť.

// MemoryBlock.h
#pragma once
#include <iostream>
#include <algorithm>

class MemoryBlock
{
public:

   // Simple constructor that initializes the resource.
   explicit MemoryBlock(size_t length)
      : _length(length)
      , _data(new int[length])
   {
      std::cout << "In MemoryBlock(size_t). length = "
                << _length << "." << std::endl;
   }

   // Destructor.
   ~MemoryBlock()
   {
      std::cout << "In ~MemoryBlock(). length = "
                << _length << ".";

      if (_data != nullptr)
      {
         std::cout << " Deleting resource.";
         // Delete the resource.
         delete[] _data;
      }

      std::cout << std::endl;
   }

   // Copy constructor.
   MemoryBlock(const MemoryBlock& other)
      : _length(other._length)
      , _data(new int[other._length])
   {
      std::cout << "In MemoryBlock(const MemoryBlock&). length = "
                << other._length << ". Copying resource." << std::endl;

      std::copy(other._data, other._data + _length, _data);
   }

   // Copy assignment operator.
   MemoryBlock& operator=(const MemoryBlock& other)
   {
      std::cout << "In operator=(const MemoryBlock&). length = "
                << other._length << ". Copying resource." << std::endl;

      if (this != &other)
      {
         // Free the existing resource.
         delete[] _data;

         _length = other._length;
         _data = new int[_length];
         std::copy(other._data, other._data + _length, _data);
      }
      return *this;
   }

   // Retrieves the length of the data resource.
   size_t Length() const
   {
      return _length;
   }

private:
   size_t _length; // The length of the resource.
   int* _data; // The resource.
};

Následující postupy popisují, jak napsat konstruktor move a operátor přiřazení přesunutí pro ukázkovou třídu C++.

Vytvoření konstruktoru move pro třídu C++

Definujte prázdnou metodu konstruktoru, která přebírá odkaz rvalue na typ třídy jako jeho parametr, jak je znázorněno v následujícím příkladu:
```
MemoryBlock(MemoryBlock&& other)
   : _data(nullptr)
   , _length(0)
{
}
```
V konstruktoru přesunutí přiřaďte datové členy třídy ze zdrojového objektu k objektu, který je vytvořen:
```
_data = other._data;
_length = other._length;
```
Přiřaďte datové členy zdrojového objektu k výchozím hodnotám. Tím zabráníte destruktoru uvolnit prostředky (například paměť) vícekrát:
```
other._data = nullptr;
other._length = 0;
```

Vytvoření operátoru přiřazení přesunutí pro třídu C++

Definujte prázdný operátor přiřazení, který přebírá odkaz rvalue na typ třídy jako jeho parametr a vrací odkaz na typ třídy, jak je znázorněno v následujícím příkladu:
```
MemoryBlock& operator=(MemoryBlock&& other)
{
}
```
V operátoru přiřazení přesunutí přidejte podmíněný příkaz, který neprovede žádnou operaci, pokud se pokusíte přiřadit objekt sám sobě.
```
if (this != &other)
{
}
```

V podmíněném příkazu uvolněte všechny prostředky (například paměť) z objektu, ke kterému je přiřazen.

Následující příklad uvolní _data člena z objektu, ke kterému je přiřazen:

// Free the existing resource.
delete[] _data;

Podle kroků 2 a 3 v prvním postupu přeneste datové členy ze zdrojového objektu do vytvořeného objektu:

// Copy the data pointer and its length from the
// source object.
_data = other._data;
_length = other._length;

// Release the data pointer from the source object so that
// the destructor does not free the memory multiple times.
other._data = nullptr;
other._length = 0;

Vrátí odkaz na aktuální objekt, jak je znázorněno v následujícím příkladu:
```
return *this;
```

Příklad: Dokončení konstruktoru přesunutí a operátoru přiřazení

Následující příklad ukazuje kompletní konstruktor přesunutí a operátor MemoryBlock přiřazení pro třídu:

// Move constructor.
MemoryBlock(MemoryBlock&& other) noexcept
   : _data(nullptr)
   , _length(0)
{
   std::cout << "In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = "
             << other._length << ". Moving resource." << std::endl;

   // Copy the data pointer and its length from the
   // source object.
   _data = other._data;
   _length = other._length;

   // Release the data pointer from the source object so that
   // the destructor does not free the memory multiple times.
   other._data = nullptr;
   other._length = 0;
}

// Move assignment operator.
MemoryBlock& operator=(MemoryBlock&& other) noexcept
{
   std::cout << "In operator=(MemoryBlock&&). length = "
             << other._length << "." << std::endl;

   if (this != &other)
   {
      // Free the existing resource.
      delete[] _data;

      // Copy the data pointer and its length from the
      // source object.
      _data = other._data;
      _length = other._length;

      // Release the data pointer from the source object so that
      // the destructor does not free the memory multiple times.
      other._data = nullptr;
      other._length = 0;
   }
   return *this;
}

Příklad použití sémantiky přesunutí ke zlepšení výkonu

Následující příklad ukazuje, jak může sémantika přesunutí zlepšit výkon vašich aplikací. Příklad přidá dva prvky do vektorového objektu a potom vloží nový prvek mezi dva existující prvky. Třída vector používá sémantiku přesunutí k efektivnímu provádění operace vložení přesunutím prvků vektoru místo jejich kopírování.

// rvalue-references-move-semantics.cpp
// compile with: /EHsc
#include "MemoryBlock.h"
#include <vector>

using namespace std;

int main()
{
   // Create a vector object and add a few elements to it.
   vector<MemoryBlock> v;
   v.push_back(MemoryBlock(25));
   v.push_back(MemoryBlock(75));

   // Insert a new element into the second position of the vector.
   v.insert(v.begin() + 1, MemoryBlock(50));
}

Tento příklad vytvoří následující výstup:

In MemoryBlock(size_t). length = 25.
In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 25. Moving resource.
In ~MemoryBlock(). length = 0.
In MemoryBlock(size_t). length = 75.
In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 75. Moving resource.
In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 25. Moving resource.
In ~MemoryBlock(). length = 0.
In ~MemoryBlock(). length = 0.
In MemoryBlock(size_t). length = 50.
In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 50. Moving resource.
In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 25. Moving resource.
In MemoryBlock(MemoryBlock&&). length = 75. Moving resource.
In ~MemoryBlock(). length = 0.
In ~MemoryBlock(). length = 0.
In ~MemoryBlock(). length = 0.
In ~MemoryBlock(). length = 25. Deleting resource.
In ~MemoryBlock(). length = 50. Deleting resource.
In ~MemoryBlock(). length = 75. Deleting resource.

Před sadou Visual Studio 2010 tento příklad vytvořil následující výstup:

In MemoryBlock(size_t). length = 25.
In MemoryBlock(const MemoryBlock&). length = 25. Copying resource.
In ~MemoryBlock(). length = 25. Deleting resource.
In MemoryBlock(size_t). length = 75.
In MemoryBlock(const MemoryBlock&). length = 25. Copying resource.
In ~MemoryBlock(). length = 25. Deleting resource.
In MemoryBlock(const MemoryBlock&). length = 75. Copying resource.
In ~MemoryBlock(). length = 75. Deleting resource.
In MemoryBlock(size_t). length = 50.
In MemoryBlock(const MemoryBlock&). length = 50. Copying resource.
In MemoryBlock(const MemoryBlock&). length = 50. Copying resource.
In operator=(const MemoryBlock&). length = 75. Copying resource.
In operator=(const MemoryBlock&). length = 50. Copying resource.
In ~MemoryBlock(). length = 50. Deleting resource.
In ~MemoryBlock(). length = 50. Deleting resource.
In ~MemoryBlock(). length = 25. Deleting resource.
In ~MemoryBlock(). length = 50. Deleting resource.
In ~MemoryBlock(). length = 75. Deleting resource.

Verze tohoto příkladu, který používá sémantiku přesunutí, je efektivnější než verze, která nepoužívá sémantiku přesunutí, protože provádí méně operací kopírování, přidělení paměti a uvolnění paměti.

Robustní programování

Aby se zabránilo nevracení prostředků, vždy volné prostředky (například paměť, popisovače souborů a sokety) v operátoru přiřazení přesunutí.

Chcete-li zabránit neobnovitelné zničení prostředků, správně zpracovat přiřazení sebe v operátoru přiřazení přesunutí.

Pokud pro třídu zadáte konstruktor přesunutí i operátor přiřazení přesunutí, můžete nadbytečný kód odstranit napsáním konstruktoru přesunutí, který zavolá operátor přiřazení přesunutí. Následující příklad ukazuje revidovanou verzi konstruktoru move, která volá operátor přiřazení přesunutí:

// Move constructor.
MemoryBlock(MemoryBlock&& other) noexcept
   : _data(nullptr)
   , _length(0)
{
   *this = std::move(other);
}

Funkce std::move převede lvalue other na hodnotu rvalue.

Viz také

Deklarátor odkazu r-hodnoty: &&
std::move