面试题：C++中std::unique_ptr在移动语义中的应用

Question

在C++中，假设你有一个函数需要返回一个包含动态分配数组的对象，使用std::unique_ptr来实现这个函数，并解释在函数返回时移动语义是如何工作的，以及它相较于复制语义的优势。

Answer 1

#include <memory>
#include <iostream>

class DynamicArray {
public:
    DynamicArray(int size) : data(std::make_unique<int[]>(size)), size(size) {}

    int getSize() const {
        return size;
    }

    int& operator[](int index) {
        return data[index];
    }

private:
    std::unique_ptr<int[]> data;
    int size;
};

std::unique_ptr<DynamicArray> createDynamicArray(int size) {
    return std::make_unique<DynamicArray>(size);
}

移动语义在函数返回时的工作原理

1. 所有权转移：当createDynamicArray函数返回std::unique_ptr<DynamicArray>时，发生移动语义。移动语义允许资源（这里是动态分配的数组）的所有权从函数内部创建的临时std::unique_ptr对象转移到调用者的std::unique_ptr对象，而不是进行资源的复制。
2. 资源不会复制：移动操作只是修改指针和相关控制块（如果有），使得新的std::unique_ptr对象拥有资源，而旧的std::unique_ptr对象变为空指针（失去资源所有权）。这是一种高效的操作，因为不需要分配新的内存和复制数据。

移动语义相较于复制语义的优势

1. 性能提升：复制语义通常需要分配新的内存并复制数据，这在处理大型动态数组时开销很大。而移动语义仅转移所有权，避免了数据的复制，大大提高了性能。
2. 资源管理安全：使用复制语义时，如果不小心，可能会导致资源泄漏（例如，旧对象和新对象在析构时都尝试释放相同的资源）。移动语义确保资源的所有权唯一，一个对象拥有资源，在对象销毁时，资源会被正确释放，提高了资源管理的安全性。
3. 禁止不必要的复制：对于像std::unique_ptr这样的智能指针，复制是被禁止的（因为其设计目的就是独占资源），只能进行移动操作，这从语言层面强制了资源的正确管理，防止了因意外复制而导致的错误。