面试题：C++ 中 std::move 如何提升容器性能

Question

假设有一个自定义类 `MyClass`，其中包含一些成员变量（如 `std::string`、`std::vector<int>` 等）。在一个函数中，需要将 `MyClass` 对象放入 `std::vector<MyClass>` 容器中。请说明使用 `std::move` 和不使用 `std::move` 分别对性能有怎样的影响，并编写代码示例展示。

Answer 1

1. 不使用 std::move 的情况：
   • 性能影响：当向 std::vector<MyClass> 容器中添加 MyClass 对象时，如果不使用 std::move，会进行对象的拷贝构造。对于包含 std::string 和 std::vector<int> 这样动态分配内存的成员变量的 MyClass 对象，拷贝构造会涉及到内存的重新分配和数据的复制，这在性能上相对开销较大。
   • 代码示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

class MyClass {
public:
    std::string str;
    std::vector<int> vec;

    MyClass(const std::string& s, const std::vector<int>& v) : str(s), vec(v) {}
    // 拷贝构造函数
    MyClass(const MyClass& other) : str(other.str), vec(other.vec) {
        std::cout << "Copy constructor called" << std::endl;
    }
};

void addObjectWithoutMove(std::vector<MyClass>& vec, MyClass obj) {
    vec.push_back(obj);
}

int main() {
    std::vector<MyClass> myVec;
    MyClass obj("Hello", {1, 2, 3});
    addObjectWithoutMove(myVec, obj);
    return 0;
}

2. 使用 std::move 的情况：
   • 性能影响：使用 std::move 时，会调用对象的移动构造函数（如果定义了的话）。移动构造函数通常只是转移资源（如 std::string 和 std::vector<int> 内部的指针等），而不是进行数据的复制，大大减少了内存分配和复制操作，提升了性能。
   • 代码示例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>

class MyClass {
public:
    std::string str;
    std::vector<int> vec;

    MyClass(const std::string& s, const std::vector<int>& v) : str(s), vec(v) {}
    // 拷贝构造函数
    MyClass(const MyClass& other) : str(other.str), vec(other.vec) {
        std::cout << "Copy constructor called" << std::endl;
    }
    // 移动构造函数
    MyClass(MyClass&& other) noexcept : str(std::move(other.str)), vec(std::move(other.vec)) {
        std::cout << "Move constructor called" << std::endl;
    }
};

void addObjectWithMove(std::vector<MyClass>& vec, MyClass obj) {
    vec.push_back(std::move(obj));
}

int main() {
    std::vector<MyClass> myVec;
    MyClass obj("Hello", {1, 2, 3});
    addObjectWithMove(myVec, obj);
    return 0;
}

通过上述代码示例可以看出，使用 std::move 能够减少对象添加到 std::vector 时不必要的数据复制，从而提升性能。特别是在处理包含动态分配资源的对象时，移动语义的优势更为明显。