C++11之右值引用

C++11之右值引用

传统的C++语法中就有引用的语法，而C++11中新增了的 右值引用（rvalue reference）语法特性，所以从现在开始我们之前学习的引用就叫做左值引用（lvalue reference）。无论左值引用还是右值引用，都是给对象取别名。

1. 左值和右值

C++的表达式要不然是右值(rvalue，读作“are-value”)，要不然就是左值 (lvalue，读作“ell-value”)。这两个名词是从C语言继承过来的，原本是为了帮助记忆：左值可以位于赋值语句的左侧，右值则不能。但在C++语言中，二者的区别就没那么简单了。

1. 左值：能对表达式取地址、或具名对象/变量。（如变量名或解引用的指针）
2. 右值：不能对表达式取地址，或匿名对象。（如：字面常量、表达式返回值，函数返回值）

一般而言，一个左值表达式表示的是一个对象的身份，而一个右值表达式表示的是对象的值。

2. 左值持久；右值短暂

考察左值和右值表达式的列表，两者相互区别之处就很明显了：左值有持久的状态，而右值要么是字面常量，要么是在表达式求值过程中创建的临时对象。由于右值引用只能绑定到临时对象，我们得知：

• 所引用的对象将要被销毁
• 该对象没有其他用户

这两个特性意味着：使用右值引用的代码可以自由地接管所引用的对象的资源。

右值引用指向将要被销毁的对象。因此，我们可以从绑定到右值引用的对象 “窃取” 状态。

3. 变量是左值

变量可以看作只有一个运算对象而没有运算符的表达式，虽然我们很少这样看待变量。类似其他任何表达式，变量表达式也有左值/右值属性。变量表达式都是左值。带来的结果就是，我们不能将一个右值引用绑定到一个右值引用类型的变量上：

int &&rr1 = 42;//正确:字面常量是右值
int &&rr2 = rr1;//错误:表达式rr1是左值!

其实有了右值表示临时对象这一观察结果，变量是左值这一特性并不令人惊讶。毕竟，变量是持久的，直至离开作用域时才被销毁。

变量是左值，因此我们不能将一个右值引用直接绑定到一个变量上，即使这个变量是右值引用类型也不行。

4. 移动语义

4.1 移动构造

在模拟实现的string中增加移动构造，移动构造本质是将参数右值的资源窃取过来，占位已有，那么就不用做深拷贝了，所以它叫做移动构造，就是窃取别人的资源来构造自己。

// 移动构造
Janonez::string(string&& s):_str(nullptr),_size(0),_capacity(0)
{cout << "string(string&& s) -- 移动语义" << endl;swap(s);
}
Janonez::string to_string(int value)
{Janonez::string str;// ...return str;
}
int main()
{Janonez::string ret2 = Janonez::to_string(-1234);return 0;
}

再运行上面to_string的调用，我们会发现，这里没有调用深拷贝的拷贝构造，而是调用了移动构造，移动构造中没有新开空间，拷贝数据，所以效率提高了。

4.2 移动赋值

不仅仅有移动构造，还有移动赋值：在Janonez::string类中增加移动赋值函数，再去调用Janonez::to_string(1234)，不过这次是将
Janonez::to_string(1234)返回的右值对象赋值给ret1对象，这时调用的是移动构造。

// 移动赋值
Janonez::string& operator=(string&& s)
{cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动语义" << endl;swap(s);return *this;
}
int main()
{Janonez::string ret1;ret1 = Janonez::to_string(1234);return 0;
}

4.3 标准库move函数

虽然不能将一个右值引用直接绑定到一个左值上，但我们可以显式地将一个左值转换为对应的右值引用类型。我们还可以通过调用一个名为 move 的新标准库函数来获得绑定到左值上的右值引用，此函数定义在头文件<utility>中。move函数返回给定对象的右值引用。

int &&rr3 = std::move(rr1); // ok

move 调用告诉编译器：我们有一个左值，但我们希望像一个右值一样处理它。调用 move 就意味：除了对 rr1 赋值或销毁它外，我们将不再使用它。

我们可以销毁一个移后源对象，也可以赋予它新值，但不能使用一个移后源对象的值。

5. 万能引用（T&&）和引用折叠

1. T&&的两种含义

   • 右值引用：当T是确定的类型时，T&&为右值引用。
   • 当T存在类型推导时，T&&为万能引用，表示一个未定的引用类型。如果被右值初始化，则T&&为右值引用。如果被左值初始化，则T&&为左值引用。

2. 引用折叠

   • 由于引用本身不是一个对象，C++标准不允许直接定义引用的引用。

   • 当类型推导时可能会间接地创建引用的引用，此时必须进行引用折叠。具体折叠规则如下：

     （1）凡是有左值引用参与的情况下，最终的类型都会变成左值引用。 A& &、A& &&和A&& &都折叠成类型A&。

     （2）只有全部为右值引用的情况才会折叠为右值引用。类型A&& &&折叠成A&&。

6. 完美转发

看下面示例代码，按我们的理解传入不同属性的对象，会调用不同的fun函数，但实际却并不是这样。

void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)
{Fun(t);
}
int main()
{PerfectForward(10); // 右值int a;PerfectForward(a); // 左值PerfectForward(std::move(a)); // 右值const int b = 8;PerfectForward(b); // const 左值PerfectForward(std::move(b)); // const 右值return 0;
}

运行结果：

我们发现打印结果全都是左值，这和我们预期是不同的，这是因为对象在传递过程中会将它的右值属性转换为左值属性，这样才能转移资源，那么我们想让对象在传递过程中保持它的左值或者右值的属性, 就需要用到完美转发。std::forward 完美转发在传参的过程中保留对象原生类型属性。

void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)
{Fun(std::forward<T>(t));
}int main()
{PerfectForward(10); // 右值int a;PerfectForward(a); // 左值PerfectForward(std::move(a)); // 右值const int b = 8;PerfectForward(b); // const 左值PerfectForward(std::move(b)); // const 右值return 0;
}

运行结果：