C++のムーブコンストラクタについて詳しく解説

2023 3/20

C++において、ムーブコンストラクタは重要な概念の一つです。

この記事では、ムーブコンストラクタについて、サンプルコードを交えながら解説していきます。

ムーブコンストラクタとは

ムーブコンストラクタとは、C++11から導入された機能の一つで、オブジェクトの所有権を移動するために使用されます。

通常、オブジェクトをコピーする場合はコピーコンストラクタが呼び出されますが、ムーブコンストラクタを使用することで、オブジェクトのデータを新しいオブジェクトに移動させることができます。

これにより、メモリの効率的な利用や高速な処理が可能になります。

ムーブコンストラクタは以下のように定義されます。

class MyClass {
public:
    // ムーブコンストラクタ
    MyClass(MyClass&& other) noexcept {
        // データの移動処理
    }
};

引数に&&(参照演算子)を付けることで、ムーブコンストラクタであることを示します。

また、ムーブコンストラクタでは例外が発生するべきではないため、noexceptキーワードを付けることで例外が発生しないことを保証することが一般的です。

ムーブコンストラクタの使い方

ムーブコンストラクタは、オブジェクトの所有権を移動するために使用されます。

以下は、ムーブコンストラクタを使用して文字列を移動する例です。

#include <iostream>
#include <utility>
#include <string>

int main() {
    std::string str1 = "Hello";
    std::string str2 = std::move(str1);

    std::cout << "str1: " << str1 << std::endl;
    std::cout << "str2: " << str2 << std::endl;

    return 0;
}

この例では、std::move()関数を使用してstr1からstr2への所有権を移動しています。

std::move()関数は、引数として渡されたオブジェクトを右辺値にキャストすることで、ムーブセマンティックスを有効にします。

上記のプログラムを実行すると、以下の出力が得られます。

str1:
str2: Hello

このように、str1は空文字列となり、str2に"Hello"が格納されています。

また、自分で定義したクラスでもムーブコンストラクタを定義することができます。以下は簡単な例です。

#include <iostream>
using namespace std;

class MyClass {
public:
    MyClass() : data(nullptr), size(0) {}

    // コピーコンストラクタ
    MyClass(const MyClass& other) : size(other.size) {
        data = new int[size];
        for (int i = 0; i < size; ++i) {
            data[i] = other.data[i];
        }
    }

    // ムーブコンストラクタ
    MyClass(MyClass&& other) noexcept : data(other.data), size(other.size) {
        other.data = nullptr;
        other.size = 0;
    }

    int* data;
    int size;
};


int main() {

    MyClass m1;
    m1.size = 5;

    cout << "m1.size = " << m1.size << endl << endl;

    MyClass m2 = std::move(m1);

    cout << "m1.size = " << m1.size << endl;
    cout << "m2.size = " << m2.size << endl;



}

m1.size = 5

m1.size = 0
m2.size = 5

この例では、ムーブコンストラクタを用いてm1のデータをm2に移動させています。

std::move(m1)で移動する際にムーブコンストラクタ内でm1の変数を初期化してm2にコピーしています。

見ただけではイメージしづらいのがムーブコンストラクタなので、色々コードを書いて挙動を試してみるのがいいでしょう。

ムーブコンストラクタのメリット

ムーブコンストラクタには以下のようなメリットがあります。

1. パフォーマンスの向上

ムーブコンストラクタを使用することで、オブジェクトのコピー処理を高速化することができます。通常、オブジェクトのコピーはディープコピー(メモリ領域を新たに確保して値をコピーする)が行われますが、ムーブコンストラクタではシャローコピー(ポインタなどの参照情報だけを移動させる)が行わせられるため、高速に処理することができます。

2. メモリ効率の向上

ムーブコンストラクタを使用することで、不要なメモリ領域を削減することができます。

例えば、一時的に生成されたオブジェクトや関数内で生成されたオブジェクトは、ムーブコンストラクタによって他のオブジェクトへ移動させることができます。

これにより、不要なメモリ領域を占有しなくて済むため、メモリ効率が向上します。

3. 安全性の向上

ムーブコンストラクタは元のオブジェクトから所有権を奪い取るため、「所有権移譲」と呼ばれる手法です。

この手法により、複数のオブジェクトから同じメモリ領域へアクセスする「ダングリングポインタ」や「二重解放」などの問題を回避することができます。

ダングリングポインタや二重開放はコンパイルが通ってしまうバグであるため、発見が遅れやすいバグの一種です。

ムーブコンストラクタの注意点

ムーブコンストラクタを使用する際には、以下の注意点について理解しておく必要があります。

1. ムーブ元のオブジェクトは破棄される

ムーブコンストラクタを使用すると、ムーブ元のオブジェクトは破棄されます。そのため、ムーブ元のオブジェクトを参照することはできません。

#include <iostream>

class MyClass {
public:
    MyClass() { std::cout << "Constructor" << std::endl; }
    ~MyClass() { std::cout << "Destructor" << std::endl; }
    MyClass(MyClass&& other) { std::cout << "Move Constructor" << std::endl; }
};

int main() {
    MyClass obj1;
    MyClass obj2 = std::move(obj1); // obj1は破棄される
    return 0;
}

Constructor
Move Constructor
Destructor
Destructor

上記の例では、obj2にobj1をムーブしています。この時、obj1は破棄されるため、ムーブ後にobj1を参照することはできません。

2. ポインタやリソースなどの所有権も移動する

ムーブコンストラクタを使用すると、ポインタやリソースなどの所有権も移動します。

そのため、ムーブ元のオブジェクトが持っていたリソースなどは、ムーブ先のオブジェクトが所有することになります。

class MyResource {
public:
    MyResource() { m_data = new int[10]; }
    ~MyResource() { delete[] m_data; }
private:
    int* m_data;
};

class MyClass {
public:
    MyClass() : m_resource(new MyResource()) {}
    ~MyClass() { delete m_resource; }
    MyClass(MyClass&& other) : m_resource(other.m_resource) {
        other.m_resource = nullptr;
        std::cout << "Move Constructor" << std::endl;
    }

private:
    MyResource* m_resource;
};

int main() {
    MyClass obj1;
    MyClass obj2 = std::move(obj1);
    
    // obj1.m_resourceはnullptrになっている
}

上記の例では、MyClassがリソース(MyResource)を所有しています。

ムーブコンストラクタで移動した場合、所有権も一緒に移動します。そのため、ムーブ後に元々持っていたリソース(m_resource)へアクセスしようとするとエラーが発生します。