实现一个支持移动语义的字符串资源管理类 -

题目

实现一个支持移动语义的字符串资源管理类

信息

类型：问答
难度：⭐⭐

考点

移动语义, 右值引用, 资源管理, 拷贝控制, RAII

快速回答

实现要点：

定义移动构造函数和移动赋值运算符（使用 noexcept）
使用 std::exchange 安全转移资源所有权
正确实现拷贝控制成员（拷贝构造/赋值、析构函数）
在移动操作后使源对象处于有效但可析构状态
使用 std::move 在赋值运算符中实现拷贝/移动的统一处理

## 解析

问题背景

在C++11之前，资源管理主要依赖拷贝语义，深拷贝在涉及大型资源时会造成性能损耗。移动语义允许直接"转移"资源所有权，避免不必要的拷贝。本题要求实现一个字符串管理类，展示如何正确应用移动语义优化资源管理。

完整实现代码

#include <utility>
#include <cstring>
#include <stdexcept>

class ManagedString {
    char* data;
    size_t length;

public:
    // 构造函数
    explicit ManagedString(const char* str = "") {
        length = std::strlen(str);
        data = new char[length + 1];
        std::strcpy(data, str);
    }

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

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

    // 拷贝赋值运算符
    ManagedString& operator=(const ManagedString& other) {
        if (this != &other) {
            ManagedString temp(other);  // 拷贝构造
            swap(*this, temp);          // 交换资源
        }
        return *this;
    }

    // 移动构造函数 (noexcept 优化容器操作)
    ManagedString(ManagedString&& other) noexcept 
        : data(nullptr), length(0) {
        swap(*this, other);
    }

    // 移动赋值运算符
    ManagedString& operator=(ManagedString&& other) noexcept {
        if (this != &other) {
            ManagedString temp(std::move(other));  // 转移资源
            swap(*this, temp);
        }
        return *this;
    }

    // 交换辅助函数
    friend void swap(ManagedString& a, ManagedString& b) noexcept {
        using std::swap;
        swap(a.data, b.data);
        swap(a.length, b.length);
    }

    // 访问方法
    const char* c_str() const { return data; }
    size_t size() const { return length; }
};

核心原理说明

移动语义本质：通过右值引用（&&）标识可被"掠夺"的资源，直接转移指针所有权而非复制数据
noexcept重要性：标准库容器（如std::vector）在扩容时会优先使用移动操作（若标记为noexcept），否则回退到拷贝操作
资源转移安全：
- 使用 std::exchange(other.data, nullptr) 保证所有权唯一
- 移动后源对象应置为空状态（可析构但不可用）
拷贝/移动统一处理：拷贝赋值运算符通过拷贝+交换（copy-and-swap）实现强异常安全；移动赋值复用移动构造

最佳实践

五法则：定义任一拷贝控制成员时，应考虑全部五个（拷贝构造/赋值、移动构造/赋值、析构）
noexcept声明：对移动操作和交换函数标记noexcept
交换函数优化：提供自定义swap支持高效交换，并用于赋值运算符实现
自赋值检查：在赋值运算符中处理this == &other的情况

常见错误

❌ 忘记实现移动操作（导致不必要的拷贝）
❌ 移动后未置空源对象指针（导致双重释放）
❌ 移动操作未标记noexcept（错失容器优化机会）
❌ 在移动赋值中直接delete[] data（未处理自移动赋值风险）

扩展知识

右值引用转发：结合std::forward实现完美转发（perfect forwarding）
Rule of Zero：优先使用智能指针（std::unique_ptr）管理资源，编译器自动生成正确的拷贝/移动操作
移动场景优化：
- std::vector扩容：移动noexcept元素
- std::sort内部交换元素
- 函数返回值优化（NRVO）失败时的回退机制