为什么使用单个赋值运算符处理复制和移动赋值效率不高？答案

【问题标题】：Why is it not efficient to use a single assignment operator handling both copy and move assignment?为什么使用单个赋值运算符处理复制和移动赋值效率不高？
【发布时间】：2014-01-27 10:08:20
【问题描述】：

这是C++ Primer 5th Edition中的一个练习：

练习 13.53：作为低级效率问题，HasPtr 赋值运算符并不理想。解释为什么。实施一个 HasPtr 的复制赋值和移动赋值运算符并进行比较在新的移动赋值运算符中执行的操作与复制和交换版本。（P.544）

文件hasptr.h：

//! a class holding a std::string*
class HasPtr
{
    friend void swap(HasPtr&, HasPtr&);
    friend bool operator <(const HasPtr& lhs, const HasPtr& rhs);
public:
    //! default constructor.
    HasPtr(const std::string &s = std::string()):
        ps(new std::string(s)), i(0)
    { }

    //! copy constructor.
    HasPtr(const HasPtr& hp) :
        ps(new std::string(*hp.ps)), i(hp.i)
    { }

    //! move constructor.
    HasPtr(HasPtr&& hp) noexcept :
        ps(hp.ps), i(hp.i)
    { hp.ps = nullptr; }

    //! assignment operator
    HasPtr&
    operator = (HasPtr rhs);

    //! destructor.
    ~HasPtr()
    {
        delete ps;
    }

private:
    std::string *ps;
    int    i;
};

部分文件hasptr.cpp：

//! specific swap.
inline void
swap(HasPtr &lhs, HasPtr &rhs)
{
    using std::swap;
    swap(lhs.ps, rhs.ps); // swap the pointers, not the string data
    swap(lhs.i, rhs.i);   // swap the int members

    std::cout <<"swapping!\n";
}

//! operator = using specific swap
HasPtr&
HasPtr::operator = (HasPtr rhs)
{
    swap(*this,rhs);
    return *this;
}

我的问题是为什么这样做效率不高？

【问题讨论】：

为了回答这个问题，你首先要实现复制和移动。然后使用它们。然后比较发生了什么操作 - 计算移动和复制分配调用了多少移动和复制构造函数，以及上面的那个。
@Yakk '你首先必须实现复制和移动'--你的意思是复制和移动分配？
因为它复制了它？
另一个不同的问题是你为什么要维护一个指向std::string的指针，答案是在99%的情况下你不想这样做.但回到最初的问题，给 lvalue 分配一个长度相同或更小的字符串会有什么影响？
@Alan.W：没有理由（在大多数情况下）动态创建std::string，它的代价是额外的内存分配和必须管理生命周期的痛苦。鉴于没有优点和一些缺点，我会避免这样做（我在生产代码中从未遇到过，在代码审查中我不会接受）

标签： c++ c++11 move-semantics assignment-operator rvalue-reference

【解决方案1】：

第 1 步

设置执行移动赋值运算符的性能测试。

设置另一个执行复制赋值运算符的性能测试。

第 2 步

按照问题陈述中的说明，双向设置赋值运算符。

第 3 步

重复第 1 步和第 2 步，直到您确信自己正确地完成了它们。

第 3 步应该帮助您了解正在发生的事情，很可能会告诉您性能在哪里发生变化和在哪里没有变化。

猜测不是步骤 1-3 的选项。你实际上必须这样做。否则你将（正确地）不相信你的猜测是正确的。

第 4 步

现在你可以开始猜测了。有人会称之为“形成假设”。说“猜测”的花哨方式。但至少现在它是受过教育的猜测。

我在回答这个问题时完成了这个练习，并注意到一个测试没有显着的性能差异，而另一个测试有 6 倍的性能差异。这进一步让我想到了一个假设。完成这项工作后，如果您不确定自己的假设，请使用您的代码、结果和后续问题更新您的问题。

澄清

有两个特殊的成员赋值运算符，它们通常具有签名：

HasPtr& operator=(const HasPtr& rhs);  // copy assignment operator
HasPtr& operator=(HasPtr&& rhs);       // move assignment operator

可以使用单个赋值运算符实现移动赋值和复制赋值，这就是所谓的复制/交换习语：

HasPtr& operator=(HasPtr rhs);

这个单一的赋值运算符不能被第一个集合重载。

使用复制/交换习语实现两个赋值运算符（复制和移动）还是只实现一个更好？这就是练习 13.53 所要求的。要回答，您必须尝试两种方式，并测量复制分配和移动分配。聪明，善意的人通过猜测而不是测试/测量来弄错。你选择了一个很好的练习来学习。

【讨论】：

您好，谢谢您的建议。只是想知道您在句子中指的是什么：注意到一个测试没有显着的性能差异，而另一个的性能差异是6倍。
这里要检查两个赋值运算符：复制赋值运算符和移动赋值运算符。按值获取 rhs 的赋值运算符可以用一个签名实现两者。确定这是否是一个好主意是本练习的重点。您必须同时测试复制作业和移动作业才能完全完成此练习。
感谢您的澄清。还有一个问题，作为一个从未使用过任何性能测量工具的新手，我应该使用任何工具来测量性能吗？哪个工具适合此代码？有什么推荐吗？
我喜欢使用 C++11 <chrono> 工具。在本练习中，我将测试包装在 auto t0 = high_resolution_clock::now(); 和 auto t1 = high_resolution_clock::now(); 中，然后以毫秒为单位打印出经过的时间：std::cout << duration_cast<milliseconds>(t1-t0).count() << "ms\n";。以上假设using namespace std::chrono;。没有它，我列出的几个标识符将找不到。如果您没有auto，请使用high_resolution_clock::time_point 代替。
我还在t0 和t1 之间放置了大量的复制/移动分配，所以我得到了一个非零的毫秒数。放置太少会导致更快的测试运行，但结果的可变性更大。放置太多会导致烦人的长时间测试。正确进行性能测试是一种艺术形式。

【解决方案2】：

正如问题所暗示的，这是“低级效率问题”。当您使用HasPtr& operator=(HasPtr rhs) 并编写类似hp = std::move(hp2); 的内容时，ps 成员被复制两次（指针本身而不是它指向的对象）：一次从hp2 到rhs，因为调用 move构造函数，一次从rhs 到*this 作为调用swap 的结果。但是当你使用HasPtr& operator=(HasPtr&& rhs) 时，ps 只会从rhs 复制一次到*this。

【讨论】：