C++11 右值和移动：遗留代码可以避免复制吗？答案

【问题标题】：C++11 rvalue and move: Can legacy code avoid copy?C++11 右值和移动：遗留代码可以避免复制吗？
【发布时间】：2013-10-30 08:07:16
【问题描述】：

请理解我仍在学习 C++11 的移动和右值语义的概念。我的问题是遗留代码是否可以通过简单地使用 C++11 编译器和 STL 来获得避免不必要复制的免费午餐。

这是一个非常简单的例子。此代码为给定字符串构建一个简单的字符频率表。例如，“apple”应该返回{('a', 1), ('e', 1), ('l', 1), ('p', 2)}。如您所见，我只是将向量用作值。

typedef std::tuple<char, int> Frequency;
typedef std::vector<Frequency> Frequencies;

Frequencies buildFrequenciesTable(std::string w) {
  char table['z' - 'a' + 1] = { 0, };
  std::for_each(w.cbegin(), w.cend(), [&table](char c) {
    ++table[::tolower(c) - 'a'];
  });

  Frequencies freqs;
  for (size_t i = 0; i < 'z' - 'a' + 1; ++i) {
    if (table[i] != 0)
      freqs.push_back(tuple<char, int>((char) ('a' + i), table[i]));
  }
  return freqs; // Q1: Is vector get copied?
}

int main() {
  using namespace std;

  Frequencies f1 = buildFrequenciesTable("apple"); // Q2: Copy?
  Frequencies f2 = buildFrequenciesTable("banana");
  vector<Frequencies> fs = { f1, f2 }; // Q3: Copy?
}

很明显，当将向量作为值返回时，C++03 会生成所有复制代码（使用复制构造函数和赋值运算符）。在 C++11 中呢？ std::vector a 有移动构造函数。这段代码可以避免任何不必要的副本吗？或者，我应该在上面的代码中使用&& 还是std::forward？

我尝试调试内部 STL 代码，但很难说服。

注意：我的目标是尽量减少这些函数中不必要的副本。我知道我可以使用 new/pointers/references，但这需要解决内存泄漏问题。所以，我想尽可能多地使用值。

【问题讨论】：

标签： c++ c++11 move-semantics rvalue-reference call-by-value

【解决方案1】：

对于第一季度，即使在 C++03 中也很可能没有副本，因为副本已被“命名返回值优化”(NRVO) 删除。

对于第二季度，即使在 C++03 中也很可能没有副本，因为复制省略会删除它。

对于 Q3，即使在 C++11 中，您确实也有副本，因为您需要将 f1 和 f2 标记为可移动才能真正移动它们：

vector<Frequencies> fs = { std::move(f1), std::move(f2) };

由于您提出了多个问题，我想我将省略进一步的解释，查找 NRVO、复制省略以及需要 std::move 的位置，询问您是否还有其他问题。

但是，在某些情况下您可以获得免费移动，例如，如果有一个可以移动的临时：

vector<Frequencies> fs = { buildFrequenciesTable("apple"),
                           buildFrequenciesTable("bananas") };

上面会检测到从buildFrequenciesTable()返回的两个向量作为临时对象，因此它们将被移动到fs。

【讨论】：

谢谢！那么，基本上，在 Q1 和 Q2 的情况下，C++11 的 r 值引用和移动语义没有什么好处？我的理解正确吗？
我的目标实际上是尽量减少这些函数中不必要的副本。我知道我可以使用 new/pointers/references，但这需要疯狂的泄漏问题。所以，我想尽可能多地使用值。
还有一个子问题（可能是愚蠢的问题）：我可以进一步优化这段代码吗？比如在buildFrequenciesTable中返回Frequencies&&，或者声明Frequencies&& f1左右。特别是上面的f1和f2不会被修改。
@Nullptr Q1 和 Q2 是最佳选择，因为 RVO/NRVO 和复制省略启动。虽然这可能无法保证，但根据我的经验，这是非常可靠的。如有疑问，您需要检查它。我建议不要摆弄Frequencies& 或Frequencies&&，因为这会使代码变得不那么清晰（恕我直言），并且仅在特殊情况下才需要。但是，如果您关心性能，那么与复制省略和 RVO/NRVO 相关的知识（和经验！）是必不可少的，并且您应该真正研究一下。
...除了您使用了向量的初始化列表构造函数，它不关心可移动性。 std::initializer_list<T> 和移动不要混合。

【解决方案2】：

从函数 (Q1) 返回向量将尽可能使用移动语义，而无需修改代码。同样，从返回的临时（Q2）初始化向量将使用移动语义；返回值是一个 rvalue，因此可以从中移动。在实践中，两个移动（或历史上的副本）都应该被忽略，以便函数直接初始化 f1 和 f2，而不需要移动或复制。

将它们放入向量 (Q3) 确实需要复制：变量是左值，不能隐式移动。所以你必须使用std::move，或者重构代码，以避免这些副本。

【讨论】：