如何编写移动构造函数来处理未初始化的移动？

Question

我的 C++ 代码中有一个类，它有自己的移动构造函数。此处显示了简化版本：

class myClass {
    //In this example, myClass must manually manage allocating
    //and freeing a memory buffer.
    char *mem;

    //...
    //Regular constructor, copy constructor, etc
    //...

    myClass(myClass &&other) {
        //Swap our memory pointer with other's memory pointer
        char *tmp = other.mem;
        other.mem = mem;
        mem = tmp;
    } 

    //...
    //Destructor, other member functions, etc.
    //...
}

在正常情况下，这可以正常工作。但是，最近我需要制作这些对象的向量：

vector<myClass> v;
v.reserve(10); //Make space, but do not construct
v.push_back(myClass()); //Problem!

在遇到段错误并逐步使用 gdb 后，我最终发现了应该很明显的事情：如果您尝试从右值引用构造对象，这可能会导致在未初始化的内存上使用移动构造函数时间>。

当您可能将垃圾交换到other 类中时，您应该如何编写移动构造函数？有什么方法可以检测到这一点吗？

Answer 1

当您可能将垃圾交换到另一个类时，您应该如何编写移动构造函数？有什么方法可以检测到这一点吗？

在分配另一个值[basic.indet]/1 之前，未初始化的对象拥有一个不确定的值。基本上不允许你对持有不确定值的对象做任何事情，除非给它分配一个适当的值[basic.indet]/2。由于您甚至不允许查看对象所拥有的值，除非它已被初始化或赋值，因此不可能仅通过查看对象本身来检测对象是否已初始化（因为您甚至不允许看）。因此，严格来说，您实际上不仅仅是“将垃圾值交换到另一个类中”，而是在调用未定义的行为。被交换的垃圾正是这种未定义行为的典型表现方式。

问题的解决方法很简单：确保你的指针总是被初始化为一个有效值，例如nullptr：

class myClass {
    //In this example, myClass must manually manage allocating
    //and freeing a memory buffer.
    char *mem = nullptr;

    //...
    //Regular constructor, copy constructor, etc
    //...

    myClass(myClass &&other) {
        //Swap our memory pointer with other's memory pointer
        char *tmp = other.mem;
        other.mem = mem;
        mem = tmp;
    } 

    //...
    //Destructor, other member functions, etc.
    //...
}

与其自己实现移动构造函数，不如考虑，例如，只使用std::unique_ptr 类型的成员并简单地依赖隐式定义的移动构造函数。例如：

class myClass
{
    std::unique_ptr<char[]> mem;

    // regular constructor, copy constructor, etc.

    myClass(myClass&&) = default;

    // other member functions, etc.
};

Answer 2

不要在构造函数中交换指针。这不是您编写移动构造函数的方式。当两个对象都处于活动状态时，交换用于移动分配。

构造函数用于初始化对象。因此，它们开始的内存始终处于“未初始化”状态。所以除非你初始化一个成员（或者它有一个为你初始化它的默认构造函数），否则成员的值将开始未初始化。

处理这个问题的正确方法是复制成员初始化器中的指针，然后将另一个指针设为空。

myClass(myClass &&other) : mem(other.mem) {
    other.mem = nullptr;
}

或者，对于 C++14（以及带有 constexpr 版本的 C++20），您可以 exchange the value：

myClass(myClass &&other)
  : mem(std::exchange(other.mem, nullptr))
{}