Зачем нужна семантика перемещения?

Семантика перемещения в C++11 (и последующих стандартах) необходима для оптимизации производительности за счет эффективного использования ресурсов.

Основные цели:

• Избежание создания временных копий: Вместо копирования данных объектов из временных переменных или rvalue-ссылок, семантика перемещения позволяет "передавать" владение ресурсами (например, памятью кучи).
• Оптимизация работы с контейнерами и строками: Операции, связанные с изменением размера контейнеров (например, std::vector), или конкатенация строк, могут быть значительно ускорены за счет перемещения, а не копирования.
• Поддержка эффективных конструкторов перемещения и операторов присваивания перемещением: Эти специализированные функции-члены позволяют объектам управлять своими ресурсами при перемещении.

Как это работает:

• lvalue и rvalue: В C++11 появилось понятие rvalue-ссылок (&&), которые связываются с временными объектами или выражениями, чьи результаты не имеют постоянного места в памяти.
• Конструктор перемещения (T::T(T&& other)) : Вызывается, когда новый объект инициализируется rvalue-ссылкой. Он "крадет" ресурсы у объекта other (например, переназначает указатель на данные), а затем устанавливает other в безопасное пустое состояние.
• Оператор присваивания перемещением (T& T::operator=(T&& other)): Аналогичен конструктору перемещения, но для операций присваивания.

#include <vector>
#include <iostream>
#include <utility> // Для std::move

class MyVector {
private:
    int* data;
    size_t size;

public:
    // Конструктор
    MyVector(size_t s) : size(s), data(new int[s]) {
        std::cout << "Конструктор: выделение памяти" << std::endl;
    }

    // Деструктор
    ~MyVector() {
        std::cout << "Деструктор: освобождение памяти" << std::endl;
        delete[] data;
    }

    // Конструктор копирования (для сравнения)
    MyVector(const MyVector& other) : size(other.size), data(new int[other.size]) {
        std::cout << "Конструктор копирования: глубокое копирование" << std::endl;
        std::copy(other.data, other.data + size, data);
    }

    // Конструктор перемещения
    MyVector(MyVector&& other) noexcept : size(other.size), data(other.data) {
        std::cout << "Конструктор перемещения: передача владения" << std::endl;
        // Сброс объекта-источника в безопасное состояние
        other.data = nullptr;
        other.size = 0;
    }

    // Оператор присваивания копированием (для сравнения)
    MyVector& operator=(const MyVector& other) {
        std::cout << "Оператор присваивания копированием" << std::endl;
        if (this != &other) {
            delete[] data; // Освобождаем старые ресурсы
            size = other.size;
            data = new int[size];
            std::copy(other.data, other.data + size, data);
        }
        return *this;
    }

    // Оператор присваивания перемещением
    MyVector& operator=(MyVector&& other) noexcept {
        std::cout << "Оператор присваивания перемещением" << std::endl;
        if (this != &other) {
            delete[] data; // Освобождаем старые ресурсы
            size = other.size;
            data = other.data;
            // Сброс объекта-источника в безопасное состояние
            other.data = nullptr;
            other.size = 0;
        }
        return *this;
    }
};

int main() {
    MyVector v1(10); // Вызов конструктора

    // MyVector v2 = v1; // Вызов конструктора копирования (медленно)
    MyVector v2 = std::move(v1); // Вызов конструктора перемещения (быстро)

    MyVector v3(5);
    //v3 = v2; // Вызов оператора присваивания копированием (медленно)
    v3 = std::move(v2); // Вызов оператора присваивания перемещением (быстро)

    // std::vector также использует семантику перемещения
    std::vector<int> vec1(1000000);
    std::vector<int> vec2 = std::move(vec1); // Нет копирования всех элементов

    return 0; // Вызовы деструкторов
}

Преимущества:

• Производительность: Значительное ускорение операций, связанных с передачей объектов с дорогостоящими ресурсами.
• Эффективное использование памяти: Избегается выделение и освобождение памяти для временных копий.
• Поддержка RAII: Позволяет эффективно управлять ресурсами, даже при перемещении объектов.

Семантика перемещения — это ключевая особенность C++11, которая существенно повышает эффективность работы с ресурсоемкими объектами.