std::move失效问题

淩亂°似流年 2024-03-26 23:26 66阅读 0赞

#### 一、问题 ####

在C++中，std::move是一个用于将对象转移所有权的函数模板，它将对象的状态从一个对象转移到另一个对象，通常用于优化移动语义。那std::move什么情况下会失效呢？

有这样一个代码需求：在lambda中，将一个捕获参数move给另外一个变量。看似一个很简单常规的操作，然而这个move动作却没有生效。

具体代码如下：

#include <iostream>
    #include <vector>
    using namespace std;
    
    int main()
    {
    	std::vector<int> vec = {1,2,3};
    
    	auto func = [=](){
    		auto vec2 = std::move(vec);
    		std::cout << vec.size() << std::endl; // 输出：3
    		std::cout << vec2.size() << std::endl; // 输出：3
    	};
    	func();
       return 0;
    }

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我们期望的是，将对变量`vec`调用std::move后，数据将会移动至变量`vec2`, 此时`vec`里面应该没有数据了。但是通过打印`vec.size()`发现vec中的数据并没有按预期移走。

这也就意味着，构造vec2时并没有按预期调用移动构造函数，而是调用了拷贝构造函数。

#### 二、std::move的本质 ####

对于std::move，有两点需要注意：

1.  std::move中到底做了什么事情
2.  std::move是否可以保证数据一定能移动成功

对于第二点来说，答案显然是不能。这也是本文的问题所在。那么std::move实际上是做了什么事情呢？

对于std::move，其实现大致如下：

template <typename T>
    constexpr std::remove_reference_t<T>&& move(T&& arg) noexcept {
        return static_cast<std::remove_reference_t<T>&&>(arg);
    }

从代码可以看出，std::move本质上是调用了static\_cast做了一层强制转换，强制转换的目标类型是`remove_reference_t<T>&&`，remove\_reference\_t是为了去除类型本身的引用，例如左值引用。总结来说，std::move本质上是将对象强制转换为了右值引用。

那么，为什么我们通常使用std::move实现移动语义，可以将一个对象的数据移给另外一个对象？

这是因为std::move配合了移动构造函数使用，本质上是移动构造函数起了作用。移动构造函数的一般定义如下：

class A{
    public:
        A(A &&);
    };

可以看到移动构造函数的参数就是个右值引用`A&&`，因此 `A a = std::move(b);`, 本质上是先将b强制转化了右值引用`A&&`,

然后触发了移动构造函数，在移动构造函数中，完成了对象b的数据到对象a的移动。

那么，在哪些情况下，`A a = std::move(b);`会失效呢？

显然是，当std::move强转后的类型不是`A&&`，这样就不会命中移动构造函数。

例如：

const std::string str = "123"
    std::string str2(std::move(str));

这个时候，对str对象调用`std::move`，强转出来的类型将会是`const string&&`, 这样移动构造函数就不会起作用了，但是这个类型却可以令复制构造函数生效。

结合本文最初的问题，在lambda中move没有生效，显然也是std::move强转的类型不是`std::vector<int>&&`, 才导致了没有move成功。

那么，为什么会出现这个问题呢，我们需要理解下lambda的工作原理。

#### 三、lambda闭包原理 ####

对于c++的lambda，编译器会将lambda转化为一个独一无二的闭包类。而lambda对象最终会转化成这个闭包类的对象。

对于本文最初的这个lambda来说，最终实际上转化成了这么一个类型

// 转换前
    auto func = [=](){
        auto vec2 = std::move(vec);
    };
    
    // 转换后
    class ClosureFunc{
    public:
        void operator() const{
            auto vec2 = std::move(vec);
        };
    
    private:
        std::vector<int> vec;
    };
    
    ClosureFunc func;

这里需要注意, lambda的默认行为是，**生成的闭包类的\*\***`operator()`\***\*默认被const修饰**。

那么这里问题就来了，当调用`operator()`时, 该闭包类所有的成员变量也是被const修饰的，此时对成员变量调用`std::move`

将会引发上文提到的，**强转出来的类型将会是\*\***`const string&&`\***\*，同时，移动构造函数将不会被匹配到**。

我们最初的问题lambda中std::move失效的问题，也是因为这个原因。但这个也很符合const函数的语义: const函数是不能修改成员变量的值。

#### 四、解决方案 ####

那么，这个应该怎么解决呢？答案是`mutable`。即在lambda尾部声明一个mutable，如下：

auto func = [=]() mutable{
        auto vec2 = std::move(vec);
    };

这样编译器生成的闭包类的`operator()`将会不带const了。我们的std::move也可以正常转换，实现移动语义了。

std::vector<int> vec = {1,2,3};
        
    auto func = [=](){
        auto vec2 = std::move(vec);
        std::cout << vec.size() << std::endl; // 输出：0
        std::cout << vec2.size() << std::endl; // 输出：3
    };

参考：

[c++ lambda内std::move失效问题的思考-腾讯云开发者社区-腾讯云][c_ lambda_std_move_-_-]

[81af85b4c62a4a889fb3f095fbeaa45d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/11/c6b2d4138f364d98ad33fe81d5568529.png
[c_ lambda_std_move_-_-]: https://cloud.tencent.com/developer/article/1516496