C++11 右值引用、移動(dòng)語(yǔ)義、完美轉(zhuǎn)發(fā)、引用折疊、萬(wàn)能引用

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C++中的左值和右值

右值引用可以從字面意思上理解，指的是以引用傳遞（而非值傳遞）的方式使用 C++ 右值。關(guān)于 C++ 引用，已經(jīng)在《C++引用》專題給大家做了詳細(xì)的講解，這里不再重復(fù)贅述。接下來(lái)重點(diǎn)給大家介紹什么是 C++ 右值。

在 C++ 或者 C 語(yǔ)言中，一個(gè)表達(dá)式（可以是字面量、變量、對(duì)象、函數(shù)的返回值等）根據(jù)其使用場(chǎng)景不同，分為左值表達(dá)式和右值表達(dá)式。確切的說(shuō) C++ 中左值和右值的概念是從 C 語(yǔ)言繼承過(guò)來(lái)的。

值得一提的是，左值的英文簡(jiǎn)寫為“l(fā)value”，右值的英文簡(jiǎn)寫為“rvalue”。很多人認(rèn)為它們分別是"left value"、“right value” 的縮寫，其實(shí)不然。lvalue 是“l(fā)oactor value”的縮寫，可意為存儲(chǔ)在內(nèi)存中、有明確存儲(chǔ)地址（可尋址）的數(shù)據(jù)，而 rvalue 譯為 “read value”，指的是那些可以提供數(shù)據(jù)值的數(shù)據(jù)（不一定可以尋址，例如存儲(chǔ)于寄存器中的數(shù)據(jù)）。

通常情況下，判斷某個(gè)表達(dá)式是左值還是右值，最常用的有以下 2 種方法。

可位于賦值號(hào)（=）左側(cè)的表達(dá)式就是左值；反之，只能位于賦值號(hào)右側(cè)的表達(dá)式就是右值。舉個(gè)例子：

int a = 5; 5 = a; //錯(cuò)誤，5 不能為左值

其中，變量 a 就是一個(gè)左值，而字面量 5 就是一個(gè)右值。值得一提的是，C++ 中的左值也可以當(dāng)做右值使用，例如：

int b = 10; // b 是一個(gè)左值 a = b; // a、b 都是左值，只不過(guò)將 b 可以當(dāng)做右值使用

有名稱的、可以獲取到存儲(chǔ)地址的表達(dá)式即為左值；反之則是右值。

以上面定義的變量 a、b 為例，a 和 b 是變量名，且通過(guò) &a 和 &b 可以獲得他們的存儲(chǔ)地址，因此 a 和 b 都是左值；反之，字面量 5、10，它們既沒有名稱，也無(wú)法獲取其存儲(chǔ)地址（字面量通常存儲(chǔ)在寄存器中，或者和代碼存儲(chǔ)在一起），因此 5、10 都是右值。

注意，以上 2 種判定方法只適用于大部分場(chǎng)景。由于本節(jié)主要講解右值引用，因此這里適可而止，不再對(duì) C++ 左值和右值做深度剖析，感興趣的讀者可自行研究。

更詳細(xì)的左右值的相關(guān)概念可參考：

C++右值引用

前面提到，其實(shí) C++98/03 標(biāo)準(zhǔn)中就有引用，使用 “&” 表示。但此種引用方式有一個(gè)缺陷，即正常情況下只能操作 C++ 中的左值，無(wú)法對(duì)右值添加引用。舉個(gè)例子：

int num = 10;int &b = num; //正確int &c = 10; //錯(cuò)誤

如上所示，編譯器允許我們?yōu)?num 左值建立一個(gè)引用，但不可以為 10 這個(gè)右值建立引用。因此，C++98/03 標(biāo)準(zhǔn)中的引用又稱為左值引用。

注意，雖然 C++98/03 標(biāo)準(zhǔn)不支持為右值建立非常量左值引用，但允許使用常量左值引用操作右值。也就是說(shuō)，常量左值引用既可以操作左值，也可以操作右值，例如：

int num = 10;const int &b = num;const int &c = 10;

我們知道，右值往往是沒有名稱的，因此要使用它只能借助引用的方式。這就產(chǎn)生一個(gè)問題，實(shí)際開發(fā)中我們可能需要對(duì)右值進(jìn)行修改（實(shí)現(xiàn)移動(dòng)語(yǔ)義時(shí)就需要），顯然左值引用的方式是行不通的。

為此，C++11 標(biāo)準(zhǔn)新引入了另一種引用方式，稱為右值引用，用 “&&” 表示。

話說(shuō)，C++標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)在選定右值引用符號(hào)時(shí)，既希望能選用現(xiàn)有 C++ 內(nèi)部已有的符號(hào)，還不能與 C++ 98 /03 標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生沖突，最終選定了 2 個(gè) ‘&’ 表示右值引用。

需要注意的，和聲明左值引用一樣，右值引用也必須立即進(jìn)行初始化操作，且只能使用右值進(jìn)行初始化，比如：

int num = 10;//int && a = num; //右值引用不能初始化為左值int && a = 10;

和常量左值引用不同的是，右值引用還可以對(duì)右值進(jìn)行修改。例如：

int && a = 10;a = 100;cout << a << endl;

程序輸出結(jié)果為 100。

另外值得一提的是，C++ 語(yǔ)法上是支持定義常量右值引用的，例如：

const int&& a = 10;//編譯器不會(huì)報(bào)錯(cuò)

但這種定義出來(lái)的右值引用并無(wú)實(shí)際用處。一方面，右值引用主要用于移動(dòng)語(yǔ)義和完美轉(zhuǎn)發(fā)，其中前者需要有修改右值的權(quán)限；其次，常量右值引用的作用就是引用一個(gè)不可修改的右值，這項(xiàng)工作完全可以交給常量左值引用完成。

學(xué)到這里，一些讀者可能無(wú)法記清楚左值引用和右值引用各自可以引用左值還是右值，這里給大家一張表格，方便大家記憶：

引用類型使用場(chǎng)景

	非常量左值	常量左值	非常量右值	常量右值
非常量左值引用	Y	N	N	N	無(wú)
常量左值引用	Y	Y	Y	Y	常用于類中構(gòu)建拷貝構(gòu)造函數(shù)
非常量右值引用	N	N	Y	N	移動(dòng)語(yǔ)義、完美轉(zhuǎn)發(fā)
常量右值引用	N	N	Y	Y	無(wú)實(shí)際用途

表中，Y 表示支持，N 表示不支持。

其實(shí)，C++11 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)右值做了更細(xì)致的劃分，分別稱為純右值（Pure value，簡(jiǎn)稱 pvalue）和將亡值（eXpiring value，簡(jiǎn)稱 xvalue ）。其中純右值就是 C++98/03 標(biāo)準(zhǔn)中的右值（本節(jié)中已經(jīng)做了大篇幅的講解），而將亡值則指的是和右值引用相關(guān)的表達(dá)式（比如某函數(shù)返回的 T && 類型的表達(dá)式）。對(duì)于純右值和將亡值，都屬于右值，讀者知道即可，不必深究。

拷貝構(gòu)造函數(shù)與深拷貝

在 C++ 11 標(biāo)準(zhǔn)之前（C++ 98/03 標(biāo)準(zhǔn)中），如果想用其它對(duì)象初始化一個(gè)同類的新對(duì)象，只能借助類中的復(fù)制（拷貝）構(gòu)造函數(shù)。通過(guò)《C++拷貝構(gòu)造函數(shù)》一節(jié)的學(xué)習(xí)我們知道，拷貝構(gòu)造函數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理很簡(jiǎn)單，就是為新對(duì)象復(fù)制一份和其它對(duì)象一模一樣的數(shù)據(jù)。

需要注意的是，當(dāng)類中擁有指針類型的成員變量時(shí)，拷貝構(gòu)造函數(shù)中需要以深拷貝（而非淺拷貝）的方式復(fù)制該指針成員。有關(guān)深拷貝和淺拷貝以及它們的區(qū)別，讀者可閱讀《C++深拷貝和淺拷貝》一文做詳細(xì)了解。

舉個(gè)例子：

#include <iostream> using namespace std;class demo{ public:demo():num(new int(0)){cout<<"construct!"<<endl;}//拷貝構(gòu)造函數(shù)demo(const demo &d):num(new int(*d.num)){cout<<"copy construct!"<<endl;}~demo(){cout<<"class destruct!"<<endl;} private:int *num; };demo get_demo(){return demo(); }int main(){demo a = get_demo();return 0; }

如上所示，我們?yōu)?demo 類自定義了一個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)。該函數(shù)在拷貝 d.num 指針成員時(shí)，必須采用深拷貝的方式，即拷貝該指針成員本身的同時(shí)，還要拷貝指針指向的內(nèi)存資源。否則一旦多個(gè)對(duì)象中的指針成員指向同一塊堆空間，這些對(duì)象析構(gòu)時(shí)就會(huì)對(duì)該空間釋放多次，這是不允許的。

可以看到，程序中定義了一個(gè)可返回 demo 對(duì)象的 get_demo() 函數(shù)，用于在 main() 主函數(shù)中初始化 a 對(duì)象，其整個(gè)初始化的流程包含以下幾個(gè)階段：

執(zhí)行 get_demo() 函數(shù)內(nèi)部的 demo() 語(yǔ)句，即調(diào)用 demo 類的默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)生成一個(gè)匿名對(duì)象；

執(zhí)行 return demo() 語(yǔ)句，會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)復(fù)制一份之前生成的匿名對(duì)象，并將其作為 get_demo() 函數(shù)的返回值（函數(shù)體執(zhí)行完畢之前，匿名對(duì)象會(huì)被析構(gòu)銷毀）；

執(zhí)行 a = get_demo() 語(yǔ)句，再調(diào)用一次拷貝構(gòu)造函數(shù)，將之前拷貝得到的臨時(shí)對(duì)象復(fù)制給 a（此行代碼執(zhí)行完畢，get_demo() 函數(shù)返回的對(duì)象會(huì)被析構(gòu)）；

程序執(zhí)行結(jié)束前，會(huì)自行調(diào)用 demo 類的析構(gòu)函數(shù)銷毀 a。

注意，目前多數(shù)編譯器都會(huì)對(duì)程序中發(fā)生的拷貝操作進(jìn)行優(yōu)化，因此如果我們使用 VS 2017、codeblocks 等這些編譯器運(yùn)行此程序時(shí)，看到的往往是優(yōu)化后的輸出結(jié)果：

construct! class destruct!

而同樣的程序，如果在 Linux 上使用g++ demo.cpp -fno-elide-constructors命令運(yùn)行（其中 demo.cpp 是程序文件的名稱），就可以看到完整的輸出結(jié)果：

construct! <-- 執(zhí)行 demo() copy construct! <-- 執(zhí)行 return demo() class destruct! <-- 銷毀 demo() 產(chǎn)生的匿名對(duì)象 copy construct! <-- 執(zhí)行 a = get_demo() class destruct! <-- 銷毀 get_demo() 返回的臨時(shí)對(duì)象 class destruct! <-- 銷毀 a

如上所示，利用拷貝構(gòu)造函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì) a 對(duì)象的初始化，底層實(shí)際上進(jìn)行了 2 次拷貝（而且是深拷貝）操作。當(dāng)然，對(duì)于僅申請(qǐng)少量堆空間的臨時(shí)對(duì)象來(lái)說(shuō)，深拷貝的執(zhí)行效率依舊可以接受，但如果臨時(shí)對(duì)象中的指針成員申請(qǐng)了大量的堆空間，那么 2 次深拷貝操作勢(shì)必會(huì)影響 a 對(duì)象初始化的執(zhí)行效率。

事實(shí)上，此問題一直存留在以 C++ 98/03 標(biāo)準(zhǔn)編寫的 C++ 程序中。由于臨時(shí)變量的產(chǎn)生、銷毀以及發(fā)生的拷貝操作本身就是很隱晦的（編譯器對(duì)這些過(guò)程做了專門的優(yōu)化），且并不會(huì)影響程序的正確性，因此很少進(jìn)入程序員的視野。

那么當(dāng)類中包含指針類型的成員變量，使用其它對(duì)象來(lái)初始化同類對(duì)象時(shí)，怎樣才能避免深拷貝導(dǎo)致的效率問題呢？C++11 標(biāo)準(zhǔn)引入了解決方案，該標(biāo)準(zhǔn)中引入了右值引用的語(yǔ)法，借助它可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)語(yǔ)義。

移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)、移動(dòng)語(yǔ)義及其實(shí)現(xiàn)

所謂移動(dòng)語(yǔ)義，指的就是以移動(dòng)而非深拷貝的方式初始化含有指針成員的類對(duì)象。簡(jiǎn)單的理解，移動(dòng)語(yǔ)義指的就是將其他對(duì)象（通常是臨時(shí)對(duì)象）擁有的內(nèi)存資源“移為已用”。

以前面程序中的 demo 類為例，該類的成員都包含一個(gè)整形的指針成員，其默認(rèn)指向的是容納一個(gè)整形變量的堆空間。當(dāng)使用 get_demo() 函數(shù)返回的臨時(shí)對(duì)象初始化 a 時(shí)，我們只需要將臨時(shí)對(duì)象的 num 指針直接淺拷貝給 a.num，然后修改該臨時(shí)對(duì)象中 num 指針的指向（通常另其指向 NULL），這樣就完成了 a.num 的初始化。

事實(shí)上，對(duì)于程序執(zhí)行過(guò)程中產(chǎn)生的臨時(shí)對(duì)象，往往只用于傳遞數(shù)據(jù)（沒有其它的用處），并且會(huì)很快會(huì)被銷毀。因此在使用臨時(shí)對(duì)象初始化新對(duì)象時(shí)，我們可以將其包含的指針成員指向的內(nèi)存資源直接移給新對(duì)象所有，無(wú)需再新拷貝一份，這大大提高了初始化的執(zhí)行效率。

例如，下面程序?qū)?demo 類進(jìn)行了修改：

#include <iostream> using namespace std; class demo{ public:demo():num(new int(0)){cout<<"construct!"<<endl;}demo(const demo &d):num(new int(*d.num)){cout<<"copy construct!"<<endl;}//添加移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)demo(demo &&d):num(d.num){d.num = NULL;cout<<"move construct!"<<endl;}~demo(){cout<<"class destruct!"<<endl;} private:int *num; }; demo get_demo(){return demo(); } int main(){demo a = get_demo();return 0; }

可以看到，在之前 demo 類的基礎(chǔ)上，我們又手動(dòng)為其添加了一個(gè)構(gòu)造函數(shù)。和其它構(gòu)造函數(shù)不同，此構(gòu)造函數(shù)使用右值引用形式的參數(shù)，又稱為移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)。并且在此構(gòu)造函數(shù)中，num 指針變量采用的是淺拷貝的復(fù)制方式，同時(shí)在函數(shù)內(nèi)部重置了 d.num，有效避免了“同一塊對(duì)空間被釋放多次”情況的發(fā)生。

在 Linux 系統(tǒng)中使用g++ demo.cpp -o demo.exe -std=c++0x -fno-elide-constructors命令執(zhí)行此程序，輸出結(jié)果為：

construct! move construct! class destruct! move construct! class destruct! class destruct!\

通過(guò)執(zhí)行結(jié)果我們不難得知，當(dāng)為 demo 類添加移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)之后，使用臨時(shí)對(duì)象初始化 a 對(duì)象過(guò)程中產(chǎn)生的 2 次拷貝操作，都轉(zhuǎn)由移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)完成。

我們知道，非 const 右值引用只能操作右值，程序執(zhí)行結(jié)果中產(chǎn)生的臨時(shí)對(duì)象（例如函數(shù)返回值、lambda 表達(dá)式等）既無(wú)名稱也無(wú)法獲取其存儲(chǔ)地址，所以屬于右值。當(dāng)類中同時(shí)包含拷貝構(gòu)造函數(shù)和移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)時(shí)，如果使用臨時(shí)對(duì)象初始化當(dāng)前類的對(duì)象，編譯器會(huì)優(yōu)先調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)來(lái)完成此操作。只有當(dāng)類中沒有合適的移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)時(shí)，編譯器才會(huì)退而求其次，調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)。

在實(shí)際開發(fā)中，通常在類中自定義移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)的同時(shí)，會(huì)再為其自定義一個(gè)適當(dāng)?shù)目截悩?gòu)造函數(shù)，由此當(dāng)用戶利用右值初始化類對(duì)象時(shí)，會(huì)調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)；使用左值（非右值）初始化類對(duì)象時(shí)，會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)。

讀者可能會(huì)問，如果使用左值初始化同類對(duì)象，但也想調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)完成，有沒有辦法可以實(shí)現(xiàn)呢？

默認(rèn)情況下，左值初始化同類對(duì)象只能通過(guò)拷貝構(gòu)造函數(shù)完成，如果想調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)，則必須使用右值進(jìn)行初始化。C++11 標(biāo)準(zhǔn)中為了滿足用戶使用左值初始化同類對(duì)象時(shí)也通過(guò)移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)完成的需求，新引入了 std::move() 函數(shù)，它可以將左值強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的右值，由此便可以使用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)。

std::move()

通過(guò)上節(jié)內(nèi)容，我們知道，C++11 標(biāo)準(zhǔn)中借助右值引用可以為指定類添加移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)，這樣當(dāng)使用該類的右值對(duì)象（可以理解為臨時(shí)對(duì)象）初始化同類對(duì)象時(shí)，編譯器會(huì)優(yōu)先選擇移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)。

注意，移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用時(shí)機(jī)是：用同類的右值對(duì)象初始化新對(duì)象。那么，用當(dāng)前類的左值對(duì)象（有名稱，能獲取其存儲(chǔ)地址的實(shí)例對(duì)象）初始化同類對(duì)象時(shí)，是否就無(wú)法調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)了呢？當(dāng)然不是，C++11 標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)給出了解決方案，即調(diào)用 move() 函數(shù)。

move 本意為 “移動(dòng)”，但該函數(shù)并不能移動(dòng)任何數(shù)據(jù)，它的功能很簡(jiǎn)單，就是將某個(gè)左值強(qiáng)制轉(zhuǎn)化為右值。

基于 move() 函數(shù)特殊的功能，其常用于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)語(yǔ)義。

move() 函數(shù)的用法也很簡(jiǎn)單，其語(yǔ)法格式如下：

move( arg )

其中，arg 表示指定的左值對(duì)象。該函數(shù)會(huì)返回 arg 對(duì)象的右值形式。

【例 1】move() 函數(shù)的基礎(chǔ)應(yīng)用。

#include <iostream> using namespace std; class movedemo{ public:movedemo():num(new int(0)){cout<<"construct!"<<endl;}//拷貝構(gòu)造函數(shù)movedemo(const movedemo &d):num(new int(*d.num)){cout<<"copy construct!"<<endl;}//移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)movedemo(movedemo &&d):num(d.num){d.num = NULL;cout<<"move construct!"<<endl;} public: //這里應(yīng)該是 private，使用 public 是為了更方便說(shuō)明問題int *num; }; int main(){movedemo demo;cout << "demo2:\n";movedemo demo2 = demo;//cout << *demo2.num << endl; //可以執(zhí)行cout << "demo3:\n";movedemo demo3 = std::move(demo);//此時(shí) demo.num = NULL，因此下面代碼會(huì)報(bào)運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤//cout << *demo.num << endl;return 0; }

程序執(zhí)行結(jié)果為：

construct! demo2: copy construct! demo3: move construct!

通過(guò)觀察程序的輸出結(jié)果，以及對(duì)比 demo2 和 demo3 初始化操作不難得知，demo 對(duì)象作為左值，直接用于初始化 demo2 對(duì)象，其底層調(diào)用的是拷貝構(gòu)造函數(shù)；而通過(guò)調(diào)用 move() 函數(shù)可以得到 demo 對(duì)象的右值形式，用其初始化 demo3 對(duì)象，編譯器會(huì)優(yōu)先調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)。

注意，調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)，并不影響 demo 對(duì)象，但如果調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)，由于函數(shù)內(nèi)部會(huì)重置 demo.num 指針的指向?yàn)?NULL，所以程序中第 30 行代碼會(huì)導(dǎo)致程序運(yùn)行時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤。

【例 2】靈活使用 move() 函數(shù)。

#include <iostream> using namespace std; class first { public:first() :num(new int(0)) {cout << "construct!" << endl;}//移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)first(first &&d) :num(d.num) {d.num = NULL;cout << "first move construct!" << endl;} public: //這里應(yīng)該是 private，使用 public 是為了更方便說(shuō)明問題int *num; }; class second { public:second() :fir() {}//用 first 類的移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)初始化 firsecond(second && sec) :fir(move(sec.fir)) {cout << "second move construct" << endl;} public: //這里也應(yīng)該是 private，使用 public 是為了更方便說(shuō)明問題first fir; }; int main() {second oth;second oth2 = move(oth);//cout << *oth.fir.num << endl; //程序報(bào)運(yùn)行時(shí)錯(cuò)誤return 0; }

程序執(zhí)行結(jié)果為：

construct! first move construct! second move construct

程序中分別構(gòu)建了 first 和 second 這 2 個(gè)類，其中 second 類中包含一個(gè) first 類對(duì)象。如果讀者仔細(xì)觀察不難發(fā)現(xiàn)，程序中使用了 2 此 move() 函數(shù)：

• 程序第 31 行：由于 oth 為左值，如果想調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)為 oth2 初始化，需先利用 move() 函數(shù)生成一個(gè) oth 的右值版本；
• 程序第 22 行：oth 對(duì)象內(nèi)部還包含一個(gè) first 類對(duì)象，對(duì)于 oth.fir 來(lái)說(shuō)，其也是一個(gè)左值，所以在初始化 oth.fir 時(shí)，還需要再調(diào)用一次 move() 函數(shù)。

C++11完美轉(zhuǎn)發(fā)及實(shí)現(xiàn)方法詳解

C++11 標(biāo)準(zhǔn)為 C++ 引入右值引用語(yǔ)法的同時(shí)，還解決了一個(gè) C++ 98/03 標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)期存在的短板，即使用簡(jiǎn)單的方式即可在函數(shù)模板中實(shí)現(xiàn)參數(shù)的完美轉(zhuǎn)發(fā)。那么，什么是完美轉(zhuǎn)發(fā)？它為什么是 C++98/03 標(biāo)準(zhǔn)存在的一個(gè)短板？C++11 標(biāo)準(zhǔn)又是如何為 C++ 彌補(bǔ)這一短板的？別急，本節(jié)將就這些問題給讀者做一一講解。

首先解釋一下什么是完美轉(zhuǎn)發(fā)，它指的是函數(shù)模板可以將自己的參數(shù)“完美”地轉(zhuǎn)發(fā)給內(nèi)部調(diào)用的其它函數(shù)。所謂完美，即不僅能準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)發(fā)參數(shù)的值，還能保證被轉(zhuǎn)發(fā)參數(shù)的左、右值屬性不變。

舉個(gè)例子：

template<typename T> void function(T t) {otherdef(t); }

如上所示，function() 函數(shù)模板中調(diào)用了 otherdef() 函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，完美轉(zhuǎn)發(fā)指的是：如果 function() 函數(shù)接收到的參數(shù) t 為左值，那么該函數(shù)傳遞給 otherdef() 的參數(shù) t 也是左值；反之如果 function() 函數(shù)接收到的參數(shù) t 為右值，那么傳遞給 otherdef() 函數(shù)的參數(shù) t 也必須為右值。

顯然，function() 函數(shù)模板并沒有實(shí)現(xiàn)完美轉(zhuǎn)發(fā)。一方面，參數(shù) t 為非引用類型，這意味著在調(diào)用 function() 函數(shù)時(shí)，實(shí)參將值傳遞給形參的過(guò)程就需要額外進(jìn)行一次拷貝操作；另一方面，無(wú)論調(diào)用 function() 函數(shù)模板時(shí)傳遞給參數(shù) t 的是左值還是右值，對(duì)于函數(shù)內(nèi)部的參數(shù) t 來(lái)說(shuō)，它有自己的名稱，也可以獲取它的存儲(chǔ)地址，因此它永遠(yuǎn)都是左值，也就是說(shuō)，傳遞給 otherdef() 函數(shù)的參數(shù) t 永遠(yuǎn)都是左值。總之，無(wú)論從那個(gè)角度看，function() 函數(shù)的定義都不“完美”。

讀者可能會(huì)問，完美轉(zhuǎn)發(fā)這樣嚴(yán)苛的參數(shù)傳遞機(jī)制，很常用嗎？C++98/03 標(biāo)準(zhǔn)中幾乎不會(huì)用到，但 C++11 標(biāo)準(zhǔn)為 C++ 引入了右值引用和移動(dòng)語(yǔ)義，因此很多場(chǎng)景中是否實(shí)現(xiàn)完美轉(zhuǎn)發(fā)，直接決定了該參數(shù)的傳遞過(guò)程使用的是拷貝語(yǔ)義（調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)）還是移動(dòng)語(yǔ)義（調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)）。

事實(shí)上，C++98/03 標(biāo)準(zhǔn)下的 C++ 也可以實(shí)現(xiàn)完美轉(zhuǎn)發(fā)，只是實(shí)現(xiàn)方式比較笨拙。通過(guò)前面的學(xué)習(xí)我們知道，C++ 98/03 標(biāo)準(zhǔn)中只有左值引用，并且可以細(xì)分為非 const 引用和 const 引用。其中，使用非 const 引用作為函數(shù)模板參數(shù)時(shí)，只能接收左值，無(wú)法接收右值；而 const 左值引用既可以接收左值，也可以接收右值，但考慮到其 const 屬性，除非被調(diào)用函數(shù)的參數(shù)也是 const 屬性，否則將無(wú)法直接傳遞。

這也就意味著，單獨(dú)使用任何一種引用形式，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)，但無(wú)法保證完美。因此如果使用 C++ 98/03 標(biāo)準(zhǔn)下的 C++ 語(yǔ)言，我們可以采用函數(shù)模板重載的方式實(shí)現(xiàn)完美轉(zhuǎn)發(fā)，例如：

#include <iostream> using namespace std; //重載被調(diào)用函數(shù)，查看完美轉(zhuǎn)發(fā)的效果 void otherdef(int & t) {cout << "lvalue\n"; } void otherdef(const int & t) {cout << "rvalue\n"; } //重載函數(shù)模板，分別接收左值和右值 //接收右值參數(shù) template <typename T> void function(const T& t) {otherdef(t); } //接收左值參數(shù) template <typename T> void function(T& t) {otherdef(t); } int main() {function(5);//5 是右值int x = 1;function(x);//x 是左值return 0; }

程序執(zhí)行結(jié)果為：

rvalue lvalue

從輸出結(jié)果中可以看到，對(duì)于右值 5 來(lái)說(shuō)，它實(shí)際調(diào)用的參數(shù)類型為 const T& 的函數(shù)模板，由于 t 為 const 類型，所以 otherdef() 函數(shù)實(shí)際調(diào)用的也是參數(shù)用 const 修飾的函數(shù)，所以輸出“rvalue”；對(duì)于左值 x 來(lái)說(shuō)，2 個(gè)重載模板函數(shù)都適用，C++編譯器會(huì)選擇最適合的參數(shù)類型為 T& 的函數(shù)模板，進(jìn)而 therdef() 函數(shù)實(shí)際調(diào)用的是參數(shù)類型為非 const 的函數(shù)，輸出“l(fā)value”。

顯然，使用重載的模板函數(shù)實(shí)現(xiàn)完美轉(zhuǎn)發(fā)也是有弊端的，此實(shí)現(xiàn)方式僅適用于模板函數(shù)僅有少量參數(shù)的情況，否則就需要編寫大量的重載函數(shù)模板，造成代碼的冗余。為了方便用戶更快速地實(shí)現(xiàn)完美轉(zhuǎn)發(fā)，C++ 11 標(biāo)準(zhǔn)中允許在函數(shù)模板中使用右值引用來(lái)實(shí)現(xiàn)完美轉(zhuǎn)發(fā)。

C++11 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，通常情況下右值引用形式的參數(shù)只能接收右值，不能接收左值。但對(duì)于函數(shù)模板中使用右值引用語(yǔ)法定義的參數(shù)來(lái)說(shuō)，它不再遵守這一規(guī)定，既可以接收右值，也可以接收左值（此時(shí)的右值引用又被稱為“萬(wàn)能引用”）。

If a variable or parameter is declared to have type T&& for some deduced type T, that variable or parameter is a universal reference.

如果一個(gè)變量或者參數(shù)被聲明為T&&，其中T是被推導(dǎo)的類型，那這個(gè)變量或者參數(shù)就是一個(gè)universal reference。

仍以 function() 函數(shù)為例，在 C++11 標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)現(xiàn)完美轉(zhuǎn)發(fā)，只需要編寫如下一個(gè)模板函數(shù)即可：

template <typename T> void function(T&& t) {otherdef(t); }

此模板函數(shù)的參數(shù) t 既可以接收左值，也可以接收右值。但僅僅使用右值引用作為函數(shù)模板的參數(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還有一個(gè)問題繼續(xù)解決，即如果調(diào)用 function() 函數(shù)時(shí)為其傳遞一個(gè)左值引用或者右值引用的實(shí)參，如下所示：

int n = 10; int & num = n; function(num); // T 為 int& int && num2 = 11; function(num2); // T 為 int &&

其中，由 function(num) 實(shí)例化的函數(shù)底層就變成了 function(int & & t)，同樣由 function(num2) 實(shí)例化的函數(shù)底層則變成了 function(int && && t)。要知道，C++98/03 標(biāo)準(zhǔn)是不支持這種用法的，而 C++ 11標(biāo)準(zhǔn)為了更好地實(shí)現(xiàn)完美轉(zhuǎn)發(fā)，特意為其指定了新的類型匹配規(guī)則，又稱為引用折疊規(guī)則（假設(shè)用 A 表示實(shí)際傳遞參數(shù)的類型）：

• 當(dāng)實(shí)參為左值或者左值引用（A&）時(shí)，函數(shù)模板中 T&& 將轉(zhuǎn)變?yōu)?A&（A& && = A&）；
• 當(dāng)實(shí)參為右值或者右值引用（A&&）時(shí)，函數(shù)模板中 T&& 將轉(zhuǎn)變?yōu)?A&&（A&& && = A&&）。

讀者只需要知道，在實(shí)現(xiàn)完美轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，只要函數(shù)模板的參數(shù)類型為 T&&，則 C++ 可以自行準(zhǔn)確地判定出實(shí)際傳入的實(shí)參是左值還是右值。

通過(guò)將函數(shù)模板的形參類型設(shè)置為 T&&，我們可以很好地解決接收左、右值的問題。但除此之外，還需要解決一個(gè)問題，即無(wú)論傳入的形參是左值還是右值，對(duì)于函數(shù)模板內(nèi)部來(lái)說(shuō)，形參既有名稱又能尋址，因此它都是左值。那么如何才能將函數(shù)模板接收到的形參連同其左、右值屬性，一起傳遞給被調(diào)用的函數(shù)呢？

C++11 標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)者已經(jīng)幫我們想好的解決方案，該新標(biāo)準(zhǔn)還引入了一個(gè)模板函數(shù) forward<T>()，我們只需要調(diào)用該函數(shù)，就可以很方便地解決此問題。仍以 function 模板函數(shù)為例，如下演示了該函數(shù)模板的用法：

#include <iostream> using namespace std; //重載被調(diào)用函數(shù)，查看完美轉(zhuǎn)發(fā)的效果 void otherdef(int & t) {cout << "lvalue\n"; } void otherdef(const int & t) {cout << "rvalue\n"; } //實(shí)現(xiàn)完美轉(zhuǎn)發(fā)的函數(shù)模板 template <typename T> void function(T&& t) {otherdef(forward<T>(t)); } int main() {function(5);int x = 1;function(x);return 0; }

程序執(zhí)行結(jié)果為：

rvalue lvalue

注意程序中第 12~16 行，此 function() 模板函數(shù)才是實(shí)現(xiàn)完美轉(zhuǎn)發(fā)的最終版本。可以看到，forward() 函數(shù)模板用于修飾被調(diào)用函數(shù)中需要維持參數(shù)左、右值屬性的參數(shù)。

總的來(lái)說(shuō)，在定義模板函數(shù)時(shí)，我們采用右值引用的語(yǔ)法格式定義參數(shù)類型，由此該函數(shù)既可以接收外界傳入的左值，也可以接收右值；其次，還需要使用 C++11 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供的 forward() 模板函數(shù)修飾被調(diào)用函數(shù)中需要維持左、右值屬性的參數(shù)。由此即可輕松實(shí)現(xiàn)函數(shù)模板中參數(shù)的完美轉(zhuǎn)發(fā)。

Ref：

http://c.biancheng.net/view/7829.html

http://c.biancheng.net/view/7847.html

http://c.biancheng.net/view/7863.html

http://c.biancheng.net/view/7868.html

https://cloud.tencent.com/developer/article/1561681

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C++11 右值引用、移动语义、完美转发、万能引用的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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