面试题：什么是 C++ 的移动语义和完美转发？

在 C++ 中，移动语义和完美转发是两个重要的特性，分别用于优化资源管理和实现泛型编程。以下是它们的详细解释：

1. 移动语义（Move Semantics）

什么是移动语义？

移动语义是 C++11 引入的特性，用于将资源（如动态内存、文件句柄等）从一个对象转移到另一个对象，而不是进行昂贵的深拷贝。通过移动语义，可以显著提高性能，特别是在处理临时对象或大型数据结构时。

核心概念

右值引用（Rvalue Reference）：
- 使用 && 表示右值引用，用于绑定临时对象或可以移动的对象。

移动构造函数和移动赋值运算符：

移动构造函数和移动赋值运算符接受右值引用参数，将资源从源对象转移到目标对象。

示例：

class MyClass {
public:
    MyClass(MyClass&& other) noexcept { // 移动构造函数
        data = other.data;
        other.data = nullptr; // 将源对象的资源置空
    }
    MyClass& operator=(MyClass&& other) noexcept { // 移动赋值运算符
        if (this != &other) {
            delete data; // 释放当前对象的资源
            data = other.data;
            other.data = nullptr; // 将源对象的资源置空
        }
        return *this;
    }
private:
    int* data;
};

std::move：
- std::move 将对象标记为“可移动”，将其转换为右值引用。

使用场景

优化临时对象的处理。
避免不必要的深拷贝，提高性能。

2. 完美转发（Perfect Forwarding）

什么是完美转发？

完美转发是 C++11 引入的特性，用于在泛型编程中将参数以原始类型（包括值类型、左值引用、右值引用）传递给其他函数，保持参数的值类别（value category）不变。

核心概念

通用引用（Universal Reference）：
- 使用 T&& 表示通用引用，可以绑定到左值或右值。
std::forward：
- std::forward 用于保持参数的值类别（左值或右值），实现完美转发。

使用场景

泛型编程中，将参数传递给其他函数时保持其值类别。
实现工厂函数、包装函数等。

3. 移动语义和完美转发的示例

移动语义示例

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int> vec2 = std::move(vec1); // 使用移动语义

    std::cout << "vec1 size: " << vec1.size() << std::endl; // 输出 0
    std::cout << "vec2 size: " << vec2.size() << std::endl; // 输出 5
    return 0;
}

完美转发示例

#include <iostream>
#include <utility>

void process(int& x) {
    std::cout << "Lvalue: " << x << std::endl;
}

void process(int&& x) {
    std::cout << "Rvalue: " << x << std::endl;
}

template <typename T>
void wrapper(T&& arg) {
    process(std::forward<T>(arg)); // 完美转发
}

int main() {
    int x = 10;
    wrapper(x); // 传递左值
    wrapper(20); // 传递右值
    return 0;
}

4. 总结

特性	说明
移动语义	通过右值引用和 `std::move` 转移资源所有权，避免不必要的拷贝。
完美转发	通过通用引用和 `std::forward` 保持参数的值类别，实现泛型编程。
使用场景	移动语义用于优化资源管理；完美转发用于泛型编程中的参数传递。

移动语义和完美转发是 C++11 引入的重要特性，合理使用它们可以显著提高代码的性能和灵活性。

THE END

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