就TM你叫std::move啊?

在阅读源码的时候，我发现有两个标准库的方法被频繁使用，他们就是std::move和std::forward，因此打算一探究竟。只知道他们能做什么是不能满足我的，我还想只它他们为什么会出现。这两个函数与C++11标准引入的新特性——右值引用和完美转发密切相关。这里先介绍std::move，回头由空再去看std::forword。

是什么

右值引用，简单的说就是一个指向右值的引用，它通过符号&&获得，例如int&& rr = 100，这里rr就是一个右值引用，它与其他的引用一样，只过不是别的对象的一个移用。右值引用有两个很重要的特性：1）如果一个对象被一个右值引用所引用的话，我们就会假设它即将被销毁，换句话说就是不会再有别的地方会使用到这个对象；2）左值不能被右值引用所引用。因为默认这个对象不会被使用，如果有需要，我们就可以把这个对象所拥有的资源转移给别的对象。
这里有必要说一下拷贝和转移的区别。拷贝是将资源复制一遍，拷贝完成后你有一份我也有一份，而且是一模一样的；而转移则是将资源给出去，我们两拥有的是同一个东西。
因此，右值引用的一个主要目的就是实现一个对象中的资源高效的转移到另一个对象。有些时候，我们并不想对对象进行拷贝，例如出于性能的考虑，我们不想对对象进行拷贝，因为很可能这个对象拥有的资源很大，拷贝后得到的和原来的对象一模一样，白白花了大把时间去拷贝，何必呢？
举个例子，我们有一个函数，这个函数接收一个对象作为参数：

// Define a function
void foo(Bar bar) {
      // do something
}

// Function usage
Bar bar()
foo(bar);

在上面的例子中，当函数调用的时候，会发生一次拷贝，bar的拷贝构造函数会调用，创建一个新的对象并将bar拷贝后作为实参传递给函数的形参。假设这个bar对象中拥有很多内存资源，而且函数调用以后bar就不会再被使用。那么对bar的拷贝就造成了极大的浪费，最好的解决办法就直接将bar所拥有的资源转移给函数的形参。
我们改一改我们函数的定义：

void foo(Bar&& bar) {
      // do something
}

这回可以了吧，把形参定义成一个右值移用，这样bar的资源就直接转移给函数形参了。答案是不能！上面说过，右值引用有个属性就是不能和左值绑定，只能和右值绑定，因此必须把bar变成右值。怎么让bar变成右值？此时，就该我们的主角std::move登场了。
std::move的作用等效于使用static_cast将一个左值强制转换到一个右值类型。相当于告诉编译器，这个对象已经不再使用，你可以随便将它所拥有的资源转移给别的对象使用。
因此，我们的函数调用就变成了下面这个样子：

Bar bar()
foo(std::move(bar));

这样就不会发生拷贝了。等一等，如果仅仅是为了防止拷贝，我们使用一般的引用也是能达到目的的，例如下面这个例子：

// Define a function
void foo(Bar& bar) {
      // do something
}

// Function usage
Bar bar()
foo(bar);

这样也能不发生拷贝，有必要大费周章还专门引入一个特性？因为学C++的头发太旺盛？
当然不是，之所以引入右值引用，进而引入std::move这个函数而不直接使用一般的引用来共享资源，是为了解决一个关键问题——那就是所有权问题。毕竟东西就这一份，不能说你不用了就随便处置。就比如大家使用同一口锅吃饭，不能说你吃饱了就把锅砸了，我们还没吃饱呢，这不合适。

为什么

使用std::move最关键的是实现所有权转移，所谓的所有权，就是这个对象的状态由谁来维护。你们明确说这口锅你们不会再用了，怎么处置都随我，我吃完后我就可以放心的砸了。这个所有权有时候很重要，例如，下面的例子：

Foo* p = new Foo(10);
vec.push_back(p);

虽然语法上没有问题，但是p的所有权很不清晰：究竟是谁来负责释放p所占用的资源？什么时候释放？列表vec被销毁的时候p也一同被销毁吗？为了解决这些问题，我们需要一个明确的所有权归属。

std::unique_ptr<Foo>  p (new Foo());
vec.push_back(std::move(p));

上面的例子，通过std::move，明确的将p所有权的所有权给了列表vec，这样，就由列表决定何时释放p所占用的资源。那么，是怎么实现所有权转移的？答案就是移动构造函数。使用std::move会让编译器调用移动构造函数或者移动赋值函数，在移动构造函数里面实现所有权转移。看下面的例子：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

class Foo {
    public:
    Foo(int member): member_(member) { 
        ip_ = new int(member_);
    }

    Foo(Foo&& foo) {
        ip_ = foo.ip_;
        foo.ip_ = nullptr;
        cout<< "Move constructor is called." << endl;
    }
    Foo(Foo& foo) {
        cout<< "Copy constructor is called." << endl;
    }

    void show();

    ~Foo() {
        free(ip_);
        cout << "deconstruct" << endl;
    }
    
    private:
    int member_;
    int* ip_;

};

void Foo::show() {
    cout << *ip_ << endl;
}

int main(int argc, char* args[]) {
    std::vector<Foo> vec;
    Foo p(10);
    vec.push_back(std::move(p));
    return 0;
}

在移动构造函数中，新的对象拿到原有对象资源的地址后，将原有对象的指针设置为了空，实际上原有对象在这之后可能依旧存在，但是和我们的新对象已经没有任何关系，任何试图通过原有对象访问原有资源的操作还可能会引发异常。

总结

上文概括起来其实就四个字：为了性能。std::move的作用就是将左值转换为右值，使得可以和右值引用绑定。而引入右值引用的目的就是解决资源高效转移，免去不必要的拷贝操作。同时，还明确资源的所有权问题。方法就是移动构造函数或者移动赋值函数来实现。

References

[1] When should I use std::move in C++11?
[2] cppreference.com
[3] C++ Priemier 5th edition

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