尝试编写可以从 std::string 移动语义的字符串类

Question

我正在编写自己的字符串类，实际上只是为了学习和巩固一些知识。除了我想要一个使用带有 std::string 的移动语义的构造函数之外，我一切正常。

在我的构造函数中，我需要复制并清空 std::string 数据指针和其他内容，它需要保持为空但有效的状态，而不删除字符串指向的数据，我该怎么做?

到目前为止我有这个

class String
{
private:
char* mpData;
unsigned int mLength;
public:
String( std::string&& str)
    :mpData(nullptr), mLength(0)
    {
    // need to copy the memory pointer from std::string to this->mpData

    // need to null out the std::string memory pointer
    //str.clear();  // can't use clear because it deletes the memory
    }
~String()
{
delete[] mpData;
mLength = 0;
}

Answer 1

没有办法做到这一点。 std::string 的实现是实现定义的。每个实现都是不同的。

此外，不能保证字符串将包含在动态分配的数组中。一些std::string 实现会执行小字符串优化，其中小字符串存储在std::string 对象本身内部。

Answer 2

以下实现实现了所要求的，但存在一定风险。

关于这种方法的注意事项：

• 它使用 std::string 来管理分配的内存。在我看来，像这样分层分配是一个好主意，因为它减少了单个类试图完成的事情的数量（但由于使用了指针，这个类仍然存在与编译器生成的副本相关的潜在错误操作）。

• 我取消了 delete 操作，因为它现在由 allocation 对象自动执行。

• 如果使用mpData 修改底层数据，它将调用所谓的未定义行为。它是未定义的，如here 所示，因为标准说它是未定义的。不过，我想知道是否存在const char * std::string::data() 的行为与T * std::vector::data() 不同的实际实现——通过这种方式，这样的修改是完全合法的。通过data() 进行的修改可能不会反映在对allocation 的后续访问中，但根据this question 中的讨论，假设没有进一步的更改，此类修改似乎不太可能导致不可预测的行为通过allocation 对象制作。

• 它真的为移动语义优化吗？这可能是实现定义的。它还可能取决于传入字符串的实际值。正如我在另一个答案中所指出的，移动构造函数提供了一种优化机制——但它不保证会发生优化。

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class String
{
private:
char* mpData;
unsigned int mLength;
std::string allocation;
public:
String( std::string&& str)
    : mpData(const_cast<char*>(str.data())) // cast used to invoke UB
    , mLength(str.length())
    , allocation(std::move(str)) // this is where the magic happens
    {}
};

Answer 3

我将这个问题解释为“我可以让移动构造函数产生正确的行为吗”，而不是“我可以让移动构造函数以最佳方式运行吗”。 p>

如果问题是严格的，“有没有一种可移植的方式从std::string中窃取内存”，那么答案是“没有，因为没有'transfer公共 API 中提供的内存所有权操作”。

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this explanation of move semantics 的以下引用很好地总结了“移动构造函数”...

C++0x 引入了一种称为“右值引用”的新机制， 除其他外，允许我们通过函数检测右值参数 超载。我们所要做的就是编写一个带有右值的构造函数 参考参数。在该构造函数中，我们可以做任何事情 需要源，只要我们让它处于某种有效状态。

基于此描述，在我看来，您可以实现“移动语义”构造函数（或“移动构造函数”），而不必实际窃取内部数据缓冲区。 一个示例实现：

String( std::string&& str)
    :mpData(new char[str.length()]), mLength(str.length())
    {
    for ( int i=0; i<mLength; i++ ) mpData[i] = str[i];
    }

据我了解，移动语义的意义在于您可以提高效率如果您愿意。由于传入的对象是瞬态的，因此不需要保留其内容——因此窃取它们是合法的，但不是强制性的。也许，如果您不转移某些基于堆的对象的所有权，那么实现这一点是没有意义的，但它似乎应该是合法的。也许它可以用作垫脚石——你可以尽可能多地窃取有用的东西，即使这不是全部内容。

顺便说一句，有一个密切相关的问题here 正在构建相同类型的非标准字符串，并包含一个用于 std::string 的移动构造函数。然而，该类的内部结构有所不同，建议 std::string 可能具有对内部移动语义的内置支持（std::string -> std::string）。