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ムーブ可能なクラスを定義する

Boost1.49から導入されたBoost Move Libraryを使用することで、

  • C++03環境でもムーブセマンティクスをエミュレートし、
  • C++11とC++03の両方でムーブセマンティクスが使用できるポータブルなコードを書くことができる。

(TODO： エミュレーションの制限を書く)

インデックス

コピー可能／ムーブ可能なクラスを定義する

  • クラス宣言のprivateセクションに「BOOST_COPYABLE_AND_MOVABLE(クラス名)」を置く。
  • クラスの型のconst参照を引数に取るコピーコンストラクタを定義する。
  • 「BOOST_COPY_ASSIGN_REF(クラス名)」を引数に取るコピー代入演算子を定義する。
  • 「BOOST_RV_REF(クラス名)」を引数に取るムーブコンストラクタとムーブ代入演算子を定義する。
template <class T>
class clone_ptr
{
    private:
    //コピー可能／ムーブ可能であることを示す
    BOOST_COPYABLE_AND_MOVABLE(clone_ptr)

    T* ptr;

    public:
    //コンストラクタ
    explicit clone_ptr(T* p = 0) : ptr(p) {}

    //コンストラクタ
    ~clone_ptr() { delete ptr; }

    //コピーセマンティクス

    //コピーコンストラクタ(クラスの型のconst参照を引数にとる)
    clone_ptr(const clone_ptr& p)
        : ptr(p.ptr ? p.ptr->clone() : 0) {}

    // コピー代入演算子(BOOST_COPY_ASSIGN_REF(クラス名)を引数に取る)
    clone_ptr& operator=(BOOST_COPY_ASSIGN_REF(clone_ptr) p)
    {
        if (this != &p){
            T *tmp_p = p.ptr ? p.ptr->clone() : 0;
            delete ptr;
            ptr = tmp_p;
        }
        return *this;
    }

    //ムーブセマンティクス

    //ムーブコンストラクタ(BOOST_RV_REF(クラス名)を引数に取る)
    clone_ptr(BOOST_RV_REF(clone_ptr) p)
        : ptr(p.ptr) { p.ptr = 0; }

    //ムーブ代入演算子(BOOST_RV_REF(クラス名)を引数に取る)
    clone_ptr& operator=(BOOST_RV_REF(clone_ptr) p)
    {
        if (this != &p){
            delete ptr;
            ptr = p.ptr;
            p.ptr = 0;
        }
        return *this;
    }
};

※ リソースを何も保持していないクラス(例えばstd::complexなど)は自分でコピーコンストラクタを定義する必要ない。(コンパイラがデフォルトで最適なコピーコンストラクタを定義するため)

ムーブ可能な基底クラス／メンバ変数を使用する

クラスのムーブコンストラクタ／ムーブ代入演算子が呼ばれる際に、適切に基底クラス、メンバ変数のムーブコンストラクタ／ムーブ代入演算子が呼ばれるようにする。

class Base
{
    BOOST_COPYABLE_AND_MOVABLE(Base)

    public:
    Base(){}

    Base(const Base &x) {/**/}             // コピーコンストラクタ

    Base(BOOST_RV_REF(Base) x) {/**/}      // ムーブコンストラクタ

    Base& operator=(BOOST_RV_REF(Base) x)
    {/**/ return *this;}                   // ムーブ代入演算子

    Base& operator=(BOOST_COPY_ASSIGN_REF(Base) x)
    {/**/ return *this;}                   // コピー代入演算子

    virtual Base *clone() const
    {  return new Base(*this);  }

    virtual ~Base(){}
};

class Member
{
    BOOST_COPYABLE_AND_MOVABLE(Member)

    public:
    Member(){}

    // コンパイラが生成したコピーコンストラクタ...

    Member(BOOST_RV_REF(Member))  {/**/}      // ムーブコンストラクタ
   
    Member &operator=(BOOST_RV_REF(Member))   // ムーブ代入演算子
    {/**/ return *this;  }

    Member &operator=(BOOST_COPY_ASSIGN_REF(Member))   // コピー代入演算子
    {/**/ return *this;  }
};

class Derived : public Base
{
    BOOST_COPYABLE_AND_MOVABLE(Derived)
    Member mem_;

    public:
    Derived(){}

    // コンパイラが生成したコピーコンストラクタ...

    Derived(BOOST_RV_REF(Derived) x)             // ムーブコンストラクタ
        : Base(boost::move(static_cast<Base&>(x))),
            mem_(boost::move(x.mem_)) { }

    Derived& operator=(BOOST_RV_REF(Derived) x)  // ムーブ代入演算子
    {
        Base::operator=(boost::move(static_cast<Base&>(x)));
        mem_  = boost::move(x.mem_);
        return *this;
    }

    Derived& operator=(BOOST_COPY_ASSIGN_REF(Derived) x)  // コピー代入演算子
    {
        Base::operator=(static_cast<const Base&>(x));
        mem_  = x.mem_;
        return *this;
    }
    // ...
};

※ C++03のコンパイラでのエミュレーションによるムーブセマンティクスの制限として、上記のムーブコンストラクタではムーブの直前にBase &へキャストする必要がある。(これによって正しくBaseクラスのムーブコンストラクタが呼ばれるようになる)

コピー不可／ムーブ可能なクラスを定義する

unique_ptrやthreadなど、コピー不可／ムーブ可能なクラスを、Boost.Moveを使用して定義できる。

  • クラスのprivateセクションに「BOOST_MOVABLE_BUT_NOT_COPYABLE(クラス名)」を置く。
  • 「BOOST_RV_REF(クラス名)」を引数に取るムーブコンストラクタとムーブ代入演算子を定義する。
#include <boost/move/move.hpp>
#include <stdexcept>

class file_descriptor
{
    int os_descr_;

    private:
    //コピー不可／ムーブ可能であることを示す
    BOOST_MOVABLE_BUT_NOT_COPYABLE(file_descriptor)

    public:
    //コンストラクタ
    explicit file_descriptor(const char *filename = 0)
        : os_descr_(filename ? operating_system_open_file(filename) : 0)
    {  if(!os_descr_) throw std::runtime_error("file not found");  }

    //デストラクタ
    ~file_descriptor()
    {  if(!os_descr_)  operating_system_close_file(os_descr_);  }

    //ムーブコンストラクタ(BOOST_RV_REF(クラス名)を引数に取る)
    file_descriptor(BOOST_RV_REF(file_descriptor) x)
        :  os_descr_(x.os_descr_)
    {  x.os_descr_ = 0;  }

    //ムーブ代入演算子(BOOST_RV_REV(クラス名)を引数に取る)
    file_descriptor& operator=(BOOST_RV_REF(file_descriptor) x)
    {
        if(!os_descr_) operating_system_close_file(os_descr_);
        os_descr_   = x.os_descr_;
        x.os_descr_ = 0;
        return *this;
    }

    bool empty() const   {  return os_descr_ == 0;  }
};

ムーブセマンティクスに対応したコンテナを使用する

Boost.Containerなど、ムーブセマンティクスに対応したコンテナを使用すると、コピー不可／ムーブ可能なクラスをコンテナに入れて扱える。

Boostにおける、ムーブ対応しているコンテナは以下：

  • Boost.Containerの全てのコンテナ
  • Boost.CircularBuffer (1.55.0から)
  • Boost.Multi-Index (1.55.0から)
    • Boost.Multi-Indexで実装されているBoost.Bimapも、自動的に対応
  • Boost.Unordered (1.49.0から)
#include <boost/container/vector.hpp>
#include <cassert>

//'file_descriptor'クラスはコピー不可であるが、
//ムーブセマンティクスのおかげで関数から返すことが可能である
file_descriptor create_file_descriptor(const char *filename)
{  return file_descriptor(filename);  }

int main()
{
    //ファイルを開いてディスクリプタを取得する
    //'create_file_descriptor'から返される一時オブジェクトは'fd'にムーブされる
    file_descriptor fd = create_file_descriptor("filename");
    assert(!fd.empty());

    //fdをvectorの中へmoveする
    boost::container::vector<file_descriptor> v;
    v.push_back(boost::move(fd));

    //所有権が移動したことを確認
    assert(fd.empty());
    assert(!v[0].empty());

    //file_descriptorがコピー不可であり、vectorのコピーコンストラクタは
    //value_typeのコピーコンストラクタを要求するので、
    //以下のコメントアウトを外すとコンパイルエラーが発生する
    //boost::container::vector<file_descriptor> v2(v);
    return 0;
}

エミュレーションの制限

To be written...