某日二师兄参加XXX科技公司的C++工程师开发岗位第16面:
面试官:什么是左值,什么是右值?
二师兄:简单来说,左值就是可以使用
&
符号取地址的值,而右值一般不可以使用&
符号取地址。
int a = 42; //a是左值,可以&a
int* p = &a;
int* p = &42; //42是右值,无法取地址
二师兄:一般左值存在内存中,而右值存在寄存器中。
int a = 42, b = 1024;
decltype(a+b); //类型为右值,a+b返回的值存在寄存器中
decltype(a+=b); //类型为左值,a+=b返回的值存储在内存中
二师兄:严格意义上分,右值分为纯右值(
pvalue
)和将亡值(xvalue
)。C++中,除了右值剩余的就是左值。
42; //纯右值
int a = 1024;
std::move(a); //将亡值
面试官:C++98/03中已经有了左值,为什么还要增加右值的概念?
二师兄:主要是为了效率。特别是
STL
中的容器,当需要把容器当作参数传入函数时:
void function(std::vector vi2)
{
vi2.push_back(6);
for(auto& i: vi2) { std:: cout vi1{1,2,3,4,5};
function(vi1);
return 0;
}
二师兄:当我们要把
vi1
传入函数时,在C++98/03时只能通过拷贝构造函数,把vi1
中所有的元素全部拷贝一份给vi2
,拷贝完成之后,当function
函数返回时,vi2
被析构,然后vi1
被析构。二师兄:在C++11及之后,我们可以通过
std::move()
把vi1
强制转为右值,此时在初始化vi2
时执行的不是拷贝构造而是移动构造:
void function(std::vector&& vi2)
{
vi2.push_back(6);
for(auto& i: vi2) { std:: cout vi1{1,2,3,4,5};
function(std::move(vi1));
return 0;
}
二师兄:这里只进行了一次构造。一次移动(当元素特别多时,移动的成本相对于拷贝基本可以忽略不记),一次析构。效率得到很大的提升。
二师兄:当然,移动过后的变量已经不能再使用(身体被掏空),在
std::move(vi1)
之后使用vi1
是未定义行为。面试官:好的。那你知道移动构造是如何实现的吗?
二师兄:移动构造是通过移动构造函数实现的,当类有资源需要管理时,拷贝构造会把资源复制一份,而移动构造偷走了原对象的资源。
struct Foo
{
int* data_;
//copy construct
Foo(const Foo& oth)
{
data_ = new int(*oth.data_);
}
//move construct
Foo(Foo&& oth) noexcept
{
data_ = oth.data_; //steal
oth.data_ = nullptr; //set to null
}
}
面试官:好的。你觉得移动构造函数的
noexcept
关键字能省略吗?为什么?二师兄:应该不能吧,具体不清楚。
面试官:那你知道std::move是如何实现的吗?
二师兄:好像是
static_cast
实现的吧。面试官:那你知道什么叫万能引用吗?
二师兄:万能引用主要用在模板中,模板参数是
T
,形参是T&&
,此时可以传入任何类型的参数,所以称之为万能引用。
template
void function(T&& t) { ...}
面试官:那你知道万能引用是如何实现的吗?
二师兄:不太清楚。。
面试官:完美转发知道吗?
二师兄:
std::forward
吗,了解过一些,不太熟悉。面试官:好的,回去等消息吧。
让我们来回顾以下二师兄今天的表现:
移动构造函数的
noexcept
关键字能省略吗?为什么?
这里尽量不要省略。如果省略,编译器会推断是否会抛出异常。如果移动构造函数可能会抛出异常,则编译器不会将其标记为noexcept
。当编译器不标记为noexcept
时,为了保证程序的正确性,编译器可能会采用拷贝构造的方式实现移动构造,从而导致效率降低。
需要注意的是,如果标记了noexcept
但在移动时抛出了异常,则程序会调用std::terminate()
函数来终止运行。
知道std::move是如何实现的吗?
这里的确是通过static_cast实现的,讲左值强行转换成右值,用来匹配移动语义而非拷贝。
template
typename std::remove_reference::type&& move(T&& t) { return static_cast::type&&>(t);}
万能引用是如何实现的?
万能引用主要使用了引用折叠技术,
template
void function(T&& t) { ...}
当T类型为左值时,&& &
被折叠为&
, 当T类型为右值时,&& &&
被折叠称为&&
。以下是折叠规则:
& & -> &
& && -> &
&& & -> &
&& && -> &&
完美转发知道吗?
当我们需要在function
中传递t参数时,如何保证它的左值或右值语义呢?这时候完美转发就登场了:
template
void function2(T&& t2) {}
template
void function(T&& t)
{
function2(t);
}
当传入的参数t的类型时右值时,由于引用折叠还是右值,此时的t
虽然时一个右值引用,但t
本身却是一个左值!这里非常的不好理解。如果我们把t
直接传入到function2
,那么function2
中的t2
会被推导成左值,达不到我们的目标。如果在调用function2
时传入std::move(t)
,当t
是右值时没有问题,但当t
是左值时,把t
移动到t2
,t
在外部不在能用。这也不符合我们的预期。此时std::forward
闪亮登场!
template
void function2(T&& t2) {}
template
void function(T&& t)
{
function2(std::forward(t));
}
std::forward
使用了编译时多态(SFINAE
)技术,使得当参数t
是左值是和右值是匹配不同的实现,完成返回不同类型引用的目的。以下是标准库的实现:
template
constexpr _Tp && forward(typename std::remove_reference::type &&__t) noexcept
{
return static_cast(__t);
}
template
constexpr typename std::remove_reference::type && move(_Tp &&__t) noexcept
{
return static_cast::type &&>(__t);
}
好了,今日份面试到这里就结束了。二师兄的表现如何呢?预知后事如何,且听下回分解。
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