拷貝構造函數和移動構造函數

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C++11之前，對象的拷貝控制由三個函數決定：拷貝構造函數（Copy Constructor）、拷貝賦值運算符（Copy
Assignment operator）和析構函數（Destructor）。

C++11之后，新增加了兩個函數：移動構造函數（Move Constructor）和移動賦值運算符（Move Assignment operator）。

我猜即使是經常用C++編程的同學也不一定聽說過后兩者。其實不了解這些並不影響編程，但了解了之后就會進一步感受到C++的強（喪）大（心）威（病）力（狂）。

好了，下面步入正題，我希望用最簡單的幾個案例說明這些構造函數和運算符的用途。

口訣：構造函數與賦值運算符的區別是，構造函數在創建或初始化對象的時候調用，而賦值運算符在更新一個對象的值時調用。

舉個例子：

#include <iostream>
using namespace std;

class A {
public:
    int x;
    A(int x) : x(x)
    {
        cout << "Constructor" << endl;
    }
    A(A& a) : x(a.x)
    {
        cout << "Copy Constructor" << endl;
    }
    A& operator=(A& a)
    {
        x = a.x;
        cout << "Copy Assignment operator" << endl;
        return *this;
    }
    A(A&& a) : x(a.x)
    {
        cout << "Move Constructor" << endl;
    }
    A& operator=(A&& a)
    {
        x = a.x;
        cout << "Move Assignment operator" << endl;
        return *this;
    }
};

A GetA()
{
    return A(1);
}

A&& MoveA(A& a)
{
    return std::move(a);
}

int main()
{
    cout << "-------------------------1-------------------------" << endl;
    A a(1);
    cout << "-------------------------2-------------------------" << endl;
    A b = a;
    cout << "-------------------------3-------------------------" << endl;
    A c(a);
    cout << "-------------------------4-------------------------" << endl;
    b = a;
    cout << "-------------------------5-------------------------" << endl;
    A d = A(1);
    cout << "-------------------------6-------------------------" << endl;
    A e = std::move(a);
    cout << "-------------------------7-------------------------" << endl;
    A f = GetA();
    cout << "-------------------------8-------------------------" << endl;
    A&& g = MoveA(f);
    cout << "-------------------------9-------------------------" << endl;
    d = A(1);
}

請讀者猜測這九行語句各自的輸出是什么。
下面公布答案：

-------------------------1-------------------------
Constructor
-------------------------2-------------------------
Copy Constructor
-------------------------3-------------------------
Copy Constructor
-------------------------4-------------------------
Copy Assignment operator
-------------------------5-------------------------
Constructor
Move Constructor
-------------------------6-------------------------
Move Constructor
-------------------------7-------------------------
Constructor
Move Constructor
Move Constructor
-------------------------8-------------------------
-------------------------9-------------------------
Constructor
Move Assignment operator

我們來分析這里面的奧妙。

第1行毋庸置疑，調用構造函數。
第2行創建新對象b，使用a初始化b，因此調用拷貝構造函數。
第3行創建新對象c，使用a初始化c，因此調用拷貝構造函數。
第4行使用a的值更新對象b，因為不需要創建新對象，所以調用拷貝賦值運算符。
第5行創建新對象d，使用臨時對象A(1)初始化d，由於臨時對象是一個右值，所以調用移動構造函數。
第6行創建新對象e，使用a的值初始化e，但調用std::move(a)將左值a轉化為右值，所以調用移動構造函數。
第7行創建新對象f，使用GetA()函數返回的臨時對象初始化f，由於臨時對象是右值，所以調用移動構造函數。值得注意的是，這里調用了兩次移動構造函數。第一次是GetA()返回前，A(1)移動構造了一個臨時對象。第二次是臨時對象移動構造f。
第8行沒有創建新對象，也不更新任何對象，只是將MoveA()的返回值綁定到右值引用g。因此不調用構造函數，也不調用賦值運算符。
第9行使用臨時對象A(1)更新d，因為不需要創建新對象，所以調用移動賦值運算符。

怎么樣，是不是一臉懵逼？哈哈哈...

我知道僅憑這些是不足以搞懂拷貝構造函數和移動構造函數的，特別是移動構造函數，它涉及到C++編程的根本問題：值傳遞和引用傳遞的問題。與Java等完全建立在堆上、含垃圾回收器的語言相比，C++的特點就是撇清值和引用的區別，而不是像Java一樣全部按照引用來對待。然而值傳遞造成的性能問題必須解決，所以有了C++11新特性：移動拷貝、移動賦值、右值引用等概念。直觀來講，移動語義的出現使得大對象可以避免頻繁拷貝造成的性能下降，特別是對於臨時對象，移動語義是傳遞它們的最佳方式。