面试题：C++ 拷贝构造函数性能优化之移动语义

Question

简述 C++ 中移动语义是如何优化拷贝构造函数性能的。请实现一个包含动态内存分配的类，同时提供拷贝构造函数和移动构造函数，并说明移动构造函数是怎样避免不必要的内存复制从而提升性能的。

Answer 1

移动语义优化拷贝构造函数性能简述

在 C++ 中，拷贝构造函数会完整地复制对象的内容，这对于包含动态分配内存的对象来说，开销较大。移动语义允许将资源（如动态分配的内存）从一个对象转移到另一个对象，而不是进行深度复制。这样可以避免不必要的内存分配和释放操作，从而提升性能。具体来说，移动构造函数通过 “窃取” 源对象的资源，而不是复制资源，来创建新对象，使得源对象处于可析构的状态（通常是将源对象的指针置为 nullptr 等操作）。

包含动态内存分配的类及相关构造函数实现

#include <iostream>
#include <cstring>

class MyString {
private:
    char* data;
    size_t length;

public:
    // 构造函数
    MyString(const char* str = nullptr) {
        if (str == nullptr) {
            length = 0;
            data = new char[1];
            data[0] = '\0';
        } else {
            length = std::strlen(str);
            data = new char[length + 1];
            std::strcpy(data, str);
        }
    }

    // 拷贝构造函数
    MyString(const MyString& other) {
        length = other.length;
        data = new char[length + 1];
        std::strcpy(data, other.data);
    }

    // 移动构造函数
    MyString(MyString&& other) noexcept {
        data = other.data;
        length = other.length;
        other.data = nullptr;
        other.length = 0;
    }

    // 析构函数
    ~MyString() {
        delete[] data;
    }

    // 重载赋值运算符
    MyString& operator=(const MyString& other) {
        if (this == &other) {
            return *this;
        }
        delete[] data;
        length = other.length;
        data = new char[length + 1];
        std::strcpy(data, other.data);
        return *this;
    }

    // 重载移动赋值运算符
    MyString& operator=(MyString&& other) noexcept {
        if (this == &other) {
            return *this;
        }
        delete[] data;
        data = other.data;
        length = other.length;
        other.data = nullptr;
        other.length = 0;
        return *this;
    }

    void print() const {
        std::cout << data << std::endl;
    }
};

移动构造函数避免不必要内存复制的说明

在上述 MyString 类的移动构造函数中，并没有像拷贝构造函数那样重新分配内存并复制数据。而是直接将源对象 other 的 data 指针和 length 成员变量接管过来，然后将 other 的 data 指针置为 nullptr，length 设为 0。这样，新对象就拥有了源对象的资源，而源对象处于一个可析构的状态（释放 nullptr 不会有问题）。避免了重新分配内存和复制数据的操作，从而提升了性能。例如，当使用移动构造函数从一个临时对象创建新对象时，无需进行深度复制，大大提高了效率。