Hàm khởi tạo di chuyển

Thuộc phần Lập trình hướng đối tượng trong hành trình C++ của Coddy. Bài học 21 trên 104.

Hàm khởi tạo di chuyển chuyển tài nguyên từ một đối tượng tạm thời thay vì sao chép chúng. Trong khi hàm khởi tạo sao chép dữ liệu, hàm khởi tạo di chuyển «lấy» tài nguyên, khiến đối tượng nguồn vẫn ở trạng thái hợp lệ nhưng trống. Cách này tránh việc sao chép sâu tốn kém khi đối tượng nguồn sắp bị hủy.

Hàm khởi tạo di chuyển nhận một tham chiếu rvalue, được ký hiệu bằng &&:

class Buffer {
    int* data;
    size_t size;
public:
    Buffer(size_t s) : size(s), data(new int[s]) {}
    
    // Hàm khởi tạo di chuyển
    Buffer(Buffer&& other) noexcept {
        data = other.data;       // Chiếm quyền sở hữu con trỏ
        size = other.size;
        other.data = nullptr;    // Giữ đối tượng nguồn ở trạng thái hợp lệ
        other.size = 0;
    }
    
    ~Buffer() { delete[] data; }
};

Điểm khác biệt chính so với việc sao chép là ta không cấp phát bộ nhớ mới. Ta chỉ nhận quyền sở hữu bộ nhớ hiện có và đặt con trỏ của nguồn thành nullptr để hàm hủy của nó không xóa dữ liệu của chúng ta.

Hàm khởi tạo di chuyển (move constructor) được gọi khi khởi tạo từ các đối tượng tạm thời hoặc khi dùng std::move():

Buffer createBuffer() {
    return Buffer(1000);    // Dùng hàm khởi tạo di chuyển (giá trị trả về)
}

Buffer b1(1000);
Buffer b2(std::move(b1));   // Di chuyển tường minh, b1 hiện đã rỗng

Khai báo các hàm khởi tạo di chuyển là noexcept khi có thể. Điều này cho trình biên dịch biết thao tác sẽ không ném ngoại lệ, nhờ đó cho phép thực hiện các tối ưu hóa quan trọng trong những vùng chứa như std::vector.

Thử thách

Dễ

Hãy xây dựng một hệ thống gói dữ liệu để minh họa cách hàm khởi tạo di chuyển (move constructor) chuyển quyền sở hữu tài nguyên một cách hiệu quả. Bạn sẽ tạo một lớp DataPacket quản lý một mảng byte được cấp phát động và triển khai hàm khởi tạo di chuyển để “lấy” dữ liệu thay vì sao chép dữ liệu.

Bạn sẽ tạo hai tệp để sắp xếp code:

DataPacket.h: Định nghĩa lớp DataPacket quản lý phần dữ liệu tải lên gồm các số nguyên. Lớp của bạn cần có:
- Các thành phần riêng tư: con trỏ đến mảng số nguyên (payload), size cho biết số phần tử và packetId (chuỗi) để nhận diện gói dữ liệu
- Một hàm khởi tạo có tham số, nhận mã gói dữ liệu và kích thước, cấp phát mảng rồi điền các giá trị từ 0 đến size-1. In ra "Packet <id> created with size <size>"
- Một hàm khởi tạo di chuyển có đánh dấu noexcept, chuyển quyền sở hữu phần dữ liệu tải lên từ đối tượng nguồn. In ra "Packet <id> moved". Nhớ giữ đối tượng nguồn ở trạng thái rỗng hợp lệ (nullptr, size 0)
- Một hàm hủy giải phóng bộ nhớ nếu con trỏ không phải null và in ra "Packet <id> destroyed"
- Một phương thức getSize() trả về kích thước hiện tại
- Một phương thức getId() trả về mã gói dữ liệu
- Một phương thức getSum() trả về tổng của tất cả phần tử trong phần dữ liệu tải lên (trả về 0 nếu payload là null)
main.cpp: Minh họa cách tạo đối tượng bằng hàm khởi tạo di chuyển bằng cách đọc mã gói dữ liệu và kích thước từ đầu vào. Sau đó:
- Tạo một DataPacket có tên original với các giá trị đầu vào
- In ra "Original - ID: <id>, Size: <size>, Sum: <sum>"
- Tạo một gói dữ liệu mới có tên transferred bằng cách di chuyển từ original với std::move()
- In ra "After move:"
- In ra "Original - ID: <id>, Size: <size>, Sum: <sum>"
- In ra "Transferred - ID: <id>, Size: <size>, Sum: <sum>"

Định dạng đầu vào:

Dòng đầu tiên: mã gói dữ liệu (chuỗi)
Dòng thứ hai: kích thước (số nguyên)

Sau khi di chuyển, gói dữ liệu ban đầu phải có kích thước 0 và tổng 0 (vì dữ liệu đã được chuyển đi), còn gói dữ liệu được chuyển đến phải có toàn bộ dữ liệu ban đầu. Điều này cho thấy ngữ nghĩa di chuyển tránh việc sao chép sâu tốn kém bằng cách chỉ chuyển quyền sở hữu con trỏ.

Thêm tệp tiêu đề vào main.cpp bằng #include "DataPacket.h" và nhớ thêm <utility> để dùng std::move().

Tự làm thử

#include <iostream>
#include <string>
#include <utility>
#include "DataPacket.h"

using namespace std;

int main() {
    // Đọc đầu vào
    string packetId;
    int size;
    cin >> packetId;
    cin >> size;

    // TODO: Tạo DataPacket tên là 'original' với các giá trị đầu vào

    // TODO: In ra "Original - ID: <id>, Size: <size>, Sum: <sum>"

    // TODO: Tạo gói dữ liệu mới tên là 'transferred' bằng cách chuyển từ original
    // Gợi ý: Dùng std::move()

    // TODO: In ra "After move:"

    // TODO: In ra "Original - ID: <id>, Size: <size>, Sum: <sum>"

    // TODO: In ra "Transferred - ID: <id>, Size: <size>, Sum: <sum>"

    return 0;
}