[問題] 右值引用的背後原理或如何達到的

[Clangpp (Clang++)]

小弟我想請問一下，右值引用是一個可以加快程式效能的一種好方法
個人知道怎麼使用

ex C++98
template<class T>
void swap(T& a, T& b)
{
  T tmp(a);
  a = b;
  b = tmp;
}

ex C++11的swap

template<class T>
void swap(T& a, T& b)
{
  T tmp(std::move(a));
  a = std::move(b);
  b = std::move(tmp);
}

利用move來減少複製一份的成本
但是我想問背後的到底是怎麼達到的??
要去研究編譯器的行為


問題2
為什麼我目前看到好像沒有其他語言做這件事情??
像這相關的東西要如何了解??
謝謝

--
C++是雙截棍，揮舞起來很強悍。
很吸引人，但需要你多年的磨練來掌握。
很多人希望改用別的武器。

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 118.166.216.121
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/C_and_CPP/M.1469456171.A.23F.html
推 CoNsTaR: 印象中 agda 好像也有 rvalue-reference 只是目的不是改
→ CoNsTaR: 善程式效能
→ CoNsTaR: 好像是增強程式安全性的樣子 忘記是不是 agda 了啦……
→ CoNsTaR: 總之 reference 不只 C++ 有
> -------------------------------------------------------------------------- <

作者: littleshan (我正在想要換什麼) 看板: C_and_CPP
標題: Re: [問題] 右值引用的背後原理或如何達到的
時間: Tue Jul 26 00:57:45 2016

※ 引述《Clangpp (Clang++)》之銘言：
: 利用move來減少複製一份的成本
: 但是我想問背後的到底是怎麼達到的??
: 要去研究編譯器的行為
醜話先說在前頭
move 對 POD type 來說並不會變快
得益的只有掌握資源的 class type
比如說 string、vector 等等
這類 class 在建構時會配置記憶體或其它種類的資源
因此在複製時必須使用 deep copy 以確保資源不會重覆釋放

以 string 來說，假設 a, b 都是 string class，
然後我們寫 a = b 時
設計 string class 的人知道我們不能放任 C++ 直接複製指向字元陣列的指標
這樣當 a 與 b 都解構時會造成 double delete
因此他會在 copy assignment 中另外配置記憶體並且把資料完整複製
執行完 a = b 之後，a 和 b 都是完整而且內容相同的 string 物件

但是當你寫 a = move(b) 時
意思是「我不會再使用 b 了，把 b 擁有的資源原封不動轉移到 a」
執行結束後 a 擁有 b 的資源，但是 b 的內容則是 unspecified
你唯一能做的事是使用 b = XXX 來讓他擁有別的內容

因此在實作 move assignment 時，只需要直接把 b 的陣列指標以及長度丟給 a
然後把 b 設定成沒有內容的狀態即可
做這些事不需要另外配置記憶體也不需要複製內容，自然比 copy assignment 還要快

: 問題2
: 為什麼我目前看到好像沒有其他語言做這件事情??
: 像這相關的東西要如何了解??
: 謝謝
具備 move semantics 的語言並不算少見

rust 的自訂型別包括 enum 與 struct
預設情況下「只有」move assignment
而且會在 compile time 把錯誤使用物件的情況抓出來

比如說你寫
        let a = String::from("abc"); // a 是字串 "abc"
        let b = a;                   // 相當於 b = std::move(a)
        let c = a;                   // 相當於 c = std::move(a)

這時候 compiler 會報錯，然後跟你說在 b = a 之後 a 已經失去資源，
因此沒辦法再 move 到 c 上面

當然你可以為自訂型別添加 copy assignment
那麼用起來就會比較接近 int float 之類的內建型別

另外 d language 的 struct 並沒有所謂的 copy constructor
取而代之的是個稱為 postblit function 的東西
當你在 d 裡面複製一個 struct object 時
compiler 會先把 struct 所有欄位複製一份到新的 object 上
接著在新的 object 上呼叫 postblit function
它的任務是確保資源處在正確的 state 上

因此，對 POD 來說，postblit 就是什麼事都不用做，
而對其它擁有資源的 struct，postblit 就是依照原本的內容製作複本
或是增加 reference count

最後，compiler 的最佳化會消除沒有必要的 postblit call
比如說若 compiler 發現 postblit 後緊接著另一個同樣的物件會解構
那麼這個 postblit 與解構式會同時被消除掉
這就相當於節省了一次複製

D lang 的 postblit 比 C++ 的 rvalue 要簡化許多
而代價就是 struct 內的欄位不能夠包含指向同物件內其它欄位的指標
否則在上面消除 postblit 與解構式之後，執行結果可能會錯誤

主流的 OOP 語言如 C# 與 Java，物件通常都是 reference type
因為複製 reference 相當快速，因此自然是不需要 move semantics
而 C# 雖然有 struct，但是它沒有 destructor，只能當 POD 使用
因此也不需要 move semantics (對POD來說沒差)

最後，functional language 通常變數都是 immutable type
immutable type 同樣具備複製非常快的特性 (也是只要複製 reference 呵呵)
所以它們通常也不需要 move semantics