C++中的std::move函数到底是做什么的？

变量的赋值有两种语义，move和copy，C++和Rust作为系统级的编程语言，都实现了这两种语义，不过在表现形式上稍有不同。这里通过这两种语言的对比简单总结下C++和Rust中move和copy的不同，以及他们对函数签名函数传参的影响，希望能对大家理解move和copy有所帮助。

在rust中，栈上的值的赋值操作默认是copy语义（实现了Copy trait）：

let x = 5;
let y = x;
println!("x {} y {}", x, y);

上面的代码中，y是x的一个copy，copy之后，x和y都可以访问，上面的代码输出x 5 y 5。较为复杂的堆上的对象，赋值操作默认是move语义：

如上面的代码，nums1通过赋值操作move给了nums2，转移了对这个值的ownership，这样nums1就不可以再访问了，上面第3行代码会报borrow of moved value: 'nums1'的编译错误。修复上面编译报错有两种方法，一种是显示的clone：

let nums1 = vec![1, 2, 3];
let nums2 = nums1.clone();
println!("nums1 {:?} nums2 {:?}", nums1, nums2);

另外一种是borrow：

let nums1 = vec![1, 2, 3];
let nums2 = &nums1;
println!("nums1 {:?} nums2 {:?}", nums1, nums2);

      上面这两种方法都会输出nums1 [1, 2, 3] nums2 [1, 2, 3]。第一种方法nums1.clone()显示的把nums1复制了一份，这样并不影响nums1的ownership，复制完成之后，两个值是相互独立的；第二种方法&nums1是对nums1的一个引用，从语义上来说是对nums1这个值的借用。另外，rust在编译期检查了引用不能超过值的lifetime，保证引用的有效性，不会存在值已经释放而引用还在(dangling reference)的场景；同时，rust还对borrow做了限制，可修改的borrow和普通的只读的borrow不能同时存在，防止data race的产生。

通过上面的例子可以看出，在rust中，比较小的存储在栈上的值的赋值操作默认是copy的，大的存储在堆上的较为复杂的值默认是move的，并且move之后，原来的变量不可再访问，如果要实现复制语义的话，需要显示的调用clone()方法。

     在C++中move和copy理解起来要稍微复杂一些，C++中分为值类型和引用类型，值分为左值和右值，同样的引用也分为左值引用和右值引用，左值引用和右值引用本质上类似于指针，和指针的一个不同是指针可以指向空nullptr，而引用在声明时一定要初始化，不允许空的引用。C++中的左值和右值的概念来自于C语言，能在等式左边的是左值(能取其的地址)、只能在等式右边出现的是右值(常量、临时变量比如说s1 + s2等)。

int var = 42;
int& ref = var;
ref = 99;
assert(var == 99);

如上面的代码，var是一个左值，ref是它的一个引用，针对这个引用的修改会修改原始的变量。但是下面的代码会报错：

int& ref1;      // ‘ref1’ declared as reference but not initialized
int& ref2 = 4;  // cannot bind non-const lvalue reference of type ‘int&’ to an rvalue of type ‘int’

4是一个临时值，只能出现在等式的右边，因此是一个右值，左值的引用不能绑定到右值上。但是下面是可以的：

const int& ref = 4;

C++中允许const的左值引用绑定到右值，这应该是C++的一个特例，这样才能在调用void print(const std::string& s);函数的时候传递临时的值print("hello"); 。

int&& i = 42;
int j = 42;
int&& k = j;  // cannot bind rvalue reference of type ‘int&&’ to lvalue of type ‘int’

如上面的代码，int&&定义了右值引用类型，上面的第3行，j是一个左值，右值引用不能绑定到左值，上面的代码会报cannot bind rvalue reference of type ‘int&&’ to lvalue of type ‘int’编译错误，要修复这个错误，可以通过std::move把一个左值转成一个右值，上面的代码修改成：

int&& i = 42;
int j = 42;
int&& k = std::move(j);

注意：std::move并没有移动任何东西，上面的代码中，std::move类似于static_cast，只是把左值转成转成了一个右值引用。std::move语义上是说我把一个有地址的左值转成了一个临时的右值，后续可以对这个右值做任意的操作，比如说把它转移走等。

#include 

void test(std::vector&& nums) {
  // TODO
}

int main() {
  std::vector nums = {1,2,3};
  test(std::move(nums));
  return 0;
}

比如说上面的代码，std::move把一个左值的nums转成了右值，语义上是说这个值传递给test函数的时候，test函数内部可以对这个值做任意的操作，比如说把它移动走，也可以不把它移动走，完全取决于test函数的实现，test函数调用之后，nums值变成了什么呢？什么值都有可能，如果test函数内部把它移动走了的话，nums就变成了空的状态，如果没有移动，甚至test内部直接对nums做了修改的话，nums就变成了修改后的值(右值引用本质上也类似于指针哈~)，所以这里建议一个变量的值被std::move转成右值之后，这个变量就不要再使用了，除非对这个变量重新进行赋值。另外需要注意的是在test函数中，如果要把nums的内容移走的话，要再加一次std::move才行：

void test(std:vector&& nums) {
  std::vector nums1 = nums;
  std::vector nums2 = std::move(nums);
}

如上面的代码，nums到nums1的赋值走的是拷贝构造函数，而下面的nums2走的才是移动构造函数，这是由于nums作为函数的参数是有地址的，是左值，虽然它的类型是右值引用。

注意：在代码中要尽量避免self move，可以试一试下面的代码会输出什么？

#include 
#include 

int main() {
  std::vector nums = {1,2,3};
  nums = std::move(nums);
  for (auto i : nums) {
    std::cout << i << std::endl;
  }
  return 0;
}

另外在C++中，函数模板的参数如果是T&&的话，比如下面的例子：

template
void foo(T&& t) {}

如果传入的是左值的话，t会被实例化成左值的引用类型，如果传入的是右值的话，t会被实例化成右值的引用类型，借此可以用来实现完美转发。

在rust中比较简单，如果要consume这个参数的话就直接传值，如果要borrow的话函数的参数类型就是引用，如果要修改传入的参数的话就mut borrow。C++中比较复杂，函数参数的类型可以是普通的值类型、const左值引用、普通左值引用、右值引用、指针等，函数的参数到底用哪种类型好呢，这是一个复杂的问题，可以参考这里：

https://isocpp.github.io/CppCor

这里就不再过多的说明了。

总之，C++和Rust都能实现move和copy语义，但是在使用上有一些区别。

从gcc官网下载源码包gcc-12.1.0.tar.xz并放置到~/gcc-building/目录下，然后执行下面的一系列的编译安装配置命令：

cd ~/gcc-building/ && tar xvf ./gcc-12.1.0.tar.xz
cd ~/gcc-building/gcc-12.1.0 && ./contrib/download_prerequisites

# 配置gcc，如果是在centos 7环境下，要兼容系统默认安装的gcc 4.8.5的话，
# 可以加上`--with-default-libstdcxx-abi=gcc4-compatible`
mkdir ~/gcc-building/building && cd ~/gcc-building/building 
../gcc-12.1.0/configure --prefix=/opt/gcc-12.1.0 --disable-multilib --enable-languages=c,c++

# 编译并安装
cd ~/gcc-building/building && make -j
cd ~/gcc-building/building && make install

## 配置环境变量
export PATH=/opt/gcc-12.1.0/bin:$PATH
export CC=/opt/gcc-12.1.0/bin/gcc
export CXX=/opt/gcc-12.1.0/bin/g++

## 配置ldconfig
echo -e "/opt/gcc-12.1.0/libn/opt/gcc-12.1.0/lib64" > /etc/ld.so.conf.d/gcc-12.1.0-x86_64.conf

参考资料：

《C++ Concurrency in Action, Second Edition》

https://en.cppreference.com/w/c