[C++] R-Value Reference와 Move Semantic

R-Value Reference(이하 오른값 참조)는 C++11부터 추가된 아주 복잡하면서도 멋진 녀석이다.

이게 대체 뭐하는 놈인고 하면, 아주 원론적인 부분까지 접해들어갈 필요가 있다.
아래 코드를 봐보자.
int num;
num = 33;
L: 여기서 num은 왼쪽에 있다. 그리고 이름이 있다. 그리고 표현식이 종료되어도 존재한다. 또한 메모리 셀이므로 주소연산(&)을 사용할 수 있다. 이것이 왼값이다.
R: 오른쪽에는 33이 있다. 이건 이름이 없다. 그냥 값이 num으로 전달될 뿐이고, 표현식이 끝나면 증발한다. 또한 상수이므로 주소연산을 사용할 수 없다. 이것이 오른값이다.

const string& s... 같은,
이제까지 우리가 사용했던 참조는 왼값참조였다.
기존에 존재하던 변수(왼값)를 참조했으니까.

하지만 이제 우리가 접근해볼 오른값 참조는 저런 이름없는 임시 값들마저 참조할 수 있다.
표기법은 아래와 같이, &대신에 &&를 사용한다.
int && ref = 333; //오른값 333을 참조

왼값도 std::move를 사용하면 오른값 참조에 묶을수 있다.
std::string s = "text";
std::string&& ref = std::move(s);
//이름이 move지만 진짜 이동하는건 아니고 &&참조로 캐스팅만 해줌

오른값 참조자도 기존의 왼값 참조자처럼 값에 접근해서 이래저래 쓸수 있다.

근데 이게 다라면 이걸 구분해서 쓸 이유가 전혀 없다. 그냥 왼값참조 써도 똑같이 되잖아?

그렇다. 이 오른값 참조로 값이 다른 변수에 전달되고, 그 변수의 타입에 해당하는 이동 생성자(혹은 대입자)가 있다면, **무브 시맨틱(Move Semantic)**이라는 것이 발생한다.
말 그대로 이동(move)을 수행한다.

컴퓨터에서 무거운 영상 파일들을 옮겨본 적이 있을것이다.
파일이 너무 무겁다면 그 파일의 복사하고 붙여넣는(Ctrl+c,v) 속도도 엄청하게 느려진다.
하지만 파일을 잘라내고 붙일(Ctrl+x,v) 때는 별다른 시간이 소요되지 않고 뚝딱 완료된다. 이것이 파일이 한 군데만 존재할 것을 보장하는 데서 발생하는 일종의 이동이다.
앞서 언급한 무브시맨틱도 이와 같은 원리라 보면 된다.

예시를 한번 보자.
//가정1: s 안에 담긴 문자열은 크기가 크다.
std::string s = "...";
//이 시점에서 s는 더이상 필요가 없다.
//s2에서 옮겨서 s2로만 쓰면 된다.
std::string s2 = s;

이러면 s2의 복사생성자가 호출되면서 s의 내부값을 일일이 복사해서 가져간다.
기존 s의 크기가 클수록 소요되는 시간도 선형적으로 증가할 것이다.

하지만 이렇게 한다면
std::string s2 = std::move(s);
//s를 std::string&&으로 캐스팅
//s2의 이동생성자 호출

s의 길이와 상관없이 이 작업은 아주 작은 상수시간에 종료된다.
그리고 기존의 s는 텅 비게된다.

그리고 무브시맨틱은 연산중에 발생한 임시객체를 다룰때도 효용을 보인다.
std::string s = "hello";
std::string s2 = " world";
std::string s3 = s+s2;
옛날 방식대로 생각해보자. 위 코드의 세번째줄에서 s와 s2가 더해져서 둘이 이어진 임시객체 std::string("hello world")가 생성된다. 여기까진 좋다. 그럼
std::string s3 = std::string("hello world");
의 형태가 된다.
그럼 저 임시객체의 값을 복사해가기 위해  복사생성자가 호출되고 저 값들을 전부 복사해갈 것이다.
당장 저 길이라면 상관없지만, 임시객체가 저것보다 훨씬 크다면 이건 문제가 된다.

하지만 이제 우리에겐 무브 시맨틱이 있다.
s+s2의 결과물은 오른값이다.
그러므로 이동생성자가 호출돼서 s+s2의 결과값이 낭비없이 s3에게 쏙 넘어간다.

그리고 이런 성능의 향상 빼고도, 이 무브시맨틱은 하나의 장점이 또 있다.

무브시맨틱은 말 그대로 이동이다.
값이 아래에 있던 것이 위로 가면, 그 값은 위에만 존재한다. 아래에는 존재하지 않는다.
그러므로 이동의 동작은 의미론적으로 유일성(unique)을 보장한다. 복사와 다르게.

그래서 스마트포인터 std::unique_ptr 같은 경우는 이런 이동만을 행할 수 있다. 복사는 금지되어있다.
이 외에도 복사는 금지하고 이동만을 허가하는 클래스들이 꽤 있다.
auto p = std::make_unique(...);
std::unique_ptr p2 = p; //에러! 복사 불가
std::unique_ptr p3 = std::move(p); //p->p3 이동. p는 null이 됨

아 그리고 오른값참조가 등장하면서 원래 4개였던 클래스의 기본 함수들이, 6개로 늘어났다.
클래스명이 T일 경우, 기본 함수들은 아래와 같다.
**T()=default; **//기본 생성자
~T() = default; //소멸자
T(const T&) = default; //복사생성자
**T(T&&) = default; **//이동생성자
**T& operator=(const T&) = default; **//복사대입자
**T& operator=(T&&) = default; **//이동대입자
이동생성자와 이동대입자는 구현할 필요가 없다. 복사생성자와 같은 얕은복사의 문제는 없기 때문에 그냥 =default만 해줘도 된다.(컴파일러에게 자동구현시키기)
그래도 만약 구현하고 싶다면, 아래처럼 하면 된다.
//가정: 타입 T에는 멤버변수로 a와 b를 가진다.
//가정: a와 b는 전부 이동이 가능하다.
T(T&& other) :
a(std::move(other.a)),
b(std::move(other.b)
{}
T& operator=(T&& other)
{
    this->a=std::move(other.a);
    this->b=std::move(other.b);
    return *this;
}

아무튼 오른값 참조는 굉장히 유용하다.
문제는 자잘한 규칙과 함정이 많고, 복잡하다는 것인데

가장 헷갈릴만한 것은, 오른값 참조자는 오른값이 아니라는 것이다. 오른값 참조자 자체는 이름도 있고, 주소연산도 가할 수 있으며, 표현식이 종료되어도 생존한다.
때문에 아래와 같은 경우는 이동이 발생하지 않는다.
std::string s = "...";
std::string&& s2 = std::move(s); //s->s2 이동
std::string s3 = s2; //s2->s3 이동 실패. 그냥 복사 생성자 호출

이동의 과정은 순수하게 오른값으로만 전달되어야 한다.
아래와 같이 고치면 이동이 수행된다.
std::string s = "...";
std::string&& s2 = std::move(s); //s->s2 이동
std::string s3 = std::move(s2); //s2->s3 이동

그리고 오른값 참조자는 const를 붙이면 안된다.
에러는 나지 않지만 이동이 실패한다.

더 자세한 사항들은 모던 이펙티브 C++를 참조하길 바란다.