尝试编写一个字符串类，可以实现从std::string进行移动语义。

Question

我正在编写自己的字符串类，只是为了学习和巩固一些知识。除了我想要使用带有std::string的移动语义的构造函数之外，我已经把所有东西都搞定了。

在我的构造函数中，我需要复制并将std::string数据指针和其他内容清空，它需要保留在一个空但有效的状态下，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;
}

- EddieV223

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相关问题：https://dev59.com/omLVa4cB1Zd3GeqPty6O - Brent Bradburn

Answer 1

无法做到这一点。 std::string 的实现是实现定义的。每个实现都不同。

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。

- James McNellis

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那么这是不可能的吗？在不同类型的类之间实现移动语义通常是一个不好的想法吗？STL 如何处理像 vector 类中的字符串这样的情况？ - EddieV223

一个vector<string>只需要能够从另一个string移动构造或移动赋值一个string。通过它的移动构造函数和移动赋值运算符，string类已经处理了这个问题。虽然跨类型移动有点奇怪，但如果您控制源类型和目标类型的实现，或者源类型提供某种移动方式（例如，unique_ptr提供一个release成员函数），那么这是完全可能的。 - James McNellis

我真的很讨厌总结性的结论“不可能”。C++给你很多控制权，有状态的分配器至少可以为一般的std::basic_string情况进行管理。它只需要记住分配的块（合理假设一个basic_string不拥有堆上的多个块），并且自定义的move-from只需要在clear之前通知它所有权的变更即可。 - Potatoswatter

@Potatoswatter：现在你不能再从任意字符串中移动了。 - Xeo

@Xeo 这不是一个实际的解决方案（嗯，它和任何自定义分配器一样糟糕），但提到你可以做什么比只说“不行”更有建设性。 - Potatoswatter

Answer 2

下面的实现方式可以完成所需的功能，但存在一定的风险。

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（但由于使用指针，该类仍然具有与编译器生成的复制操作相关的潜在错误）。

• 我取消了delete操作，因为现在由allocation对象自动执行。

• 如果使用mpData修改底层数据，则会调用所谓的未定义行为。如此处所示，它是未定义的，因为标准规定它是未定义的。不过，我想知道是否有真实世界的实现，其中const char * std::string::data()的行为与T * std::vector::data()不同--通过这些修改将是完全合法的。可能会发生这样的情况，即通过data()进行的修改不会反映在对allocation的后续访问中，但根据这个问题中的讨论，假设没有通过allocation对象进行进一步更改，似乎很不可能出现这样的修改会导致不可预测的行为。

• 它是否真正针对移动语义进行了优化？这可能是实现定义的。它也可能取决于传入字符串的实际值。正如我在另一个答案中指出的那样，移动构造函数提供了一种优化机制--但它并不保证会发生优化。

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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
    {}
};

- Brent Bradburn

Answer 3

我理解这个问题是关于“如何使移动构造函数行为正确”，而不是“如何使移动构造函数尽可能快”。

如果问题严格来说是“有没有一种可移植的方法可以窃取std::string中的内部内存”，那么答案是“否，因为公共API中没有提供‘转移内存所有权’的操作。”

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以下来自移动语义的解释的引用提供了“移动构造函数”的一个很好的总结...

引用如下： C++0x引入了一种新机制，称为“右值引用”，它允许我们通过函数重载等方式检测右值参数。我们所要做的就是编写一个带有右值引用参数的构造函数。在该构造函数内部，我们可以对源代码进行任何操作，只要将其保留在某个有效状态即可。

根据这个描述，我认为您可以实现“移动构造函数”（或“移动构造器”），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];
    }

据我所知，移动语义的重点在于，如果您想要更高效，那么您可以更高效。由于传入的对象是短暂的，因此其内容不需要被保留--因此可以窃取它们，但这并非强制性的。也许，如果您没有转移某个基于堆的对象的所有权，则实现此操作没有意义，但似乎应该是合法的。也许它作为一个阶段性的过渡是有用的--即使那不是整个内容，您也可以窃取尽可能多的内容。

顺便说一下，这里有一个密切相关的问题here，其中正在构建同一种非标准字符串，并包括std::string的移动构造函数。然而，类的内部结构是不同的，建议std::string在内部具有对移动语义的内置支持（std::string->std::string）。

- Brent Bradburn

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如果您不需要移动动态内存，那么只需使用引用。此外，根据类的实现，您的代码可能需要一个空终止符。String（std :: string＆str） - EddieV223

他试图做的不仅仅是移动语义允许的，而是更多。 - Benjamin Lindley

我找到了一篇博客文章，它支持我的答案：http://akrzemi1.wordpress.com/2011/08/30/move-constructor-qa - Brent Bradburn

从您的博客文章中：如果您只是在移动构造函数中实现常规复制，那么您确实满足了这两个约束条件，因此这样做是正确的；但是，这样做真的没有任何意义。如果您不能或不想提供比复制构造函数更有效的移动构造函数，那就根本不要定义它。在所有情况下都可以使用复制构造函数。 - EddieV223

@EddieV223：同意——我在我的答案中指出了这一点。但既然这只是“学习”，我想我会在我的答案中注明一些细微差别。 - Brent Bradburn