C++ 左值与右值浅谈

序言

虽然平常都算是了解左值，右值的用法，但是好记性不如烂笔头，记下来供大家评鉴，有错改错，有善赞善，也是对于自己知识的一次梳理。

为什么要分清楚左值和右值？这是因为在理清楚左值和右值，合适为其设置适合的用法，能够有效减少资源开销。

但是，对于一些POD类型的资源，那就无所谓左值右值了，因为拷贝即移动，移动即拷贝。

接下来我以左值和右值的讨论依次简单讲解：左值和右值的概念，右值引用，移动语义，引用折叠，完美转发。明确左值和右值理清楚后，可以使用的主要用法。

注：1. 开始看下面之前，需要注意的是！这些除了专业名词之外，基本都是基于个人理解去通俗诠释概括的，想直接看专业且全面的概念就找末尾的参考资料看。
2.以下有比较多的专业词汇，初学者建议慢慢看和查询拓展。

概念

左值和右值的划分理解

左值(lvalue)和右值(rvalue)是C++11之前的概念，但是也通用到后面。
C++11及之后，划分为 泛左值(glvalue)、将亡值(xvalue，也称亡值，消亡值)和纯右值(prvalue)

左值(C++11之前)：赋值运算“=”左边的变量
右值(C++11之前)：赋值运算“=”右边的表达式左值(C++11及之后)：非将亡值的泛左值，有地址的变量
右值(C++11及之后)：纯右值或者将亡值，生命周期在表达式里。

int a = 15 + 29;
std::cout << &a;	// 0xeffc40
std::cout << &(15 + 29);	//error: Cannot take the address of an rvalue of type 'int'
std::cout << &"xzz";	//0xa16444

以简单的例子，这个a，承载类型的值，自身是有地址的，可以取地址值，这个就是左值。
15 + 29这个表达式的结果是纯右值，不能取地址值。

注：顺带一提，许多普通常量都是纯右值，但是字符串不是，是左值，因为普通常量都是可以用普通的机器码就可以表示其值，但是字符串无法合适表示，所以将其放置在常量区分配内存专门存放。

想必想了解左值和右值的人，估计都看过这个图：

或者是类似的，基本都是说将亡值是泛左值和右值的交集。

但是这其实是容易让人摸不着头脑的，但是本质角度上又是能说得过去的。

1. 将亡值被包含在右值这边，是因为其的    生命周期和右值是一样     的，都在一个表达式里面。
2. 将亡值被包含在泛左值这边，是因为其是      匿名对象，有地址，和左值是一样     的。

而上述也引申出了怎么判断将亡值。

将亡值：生命周期在一个表达式里，且是匿名对象有地址。

C++17的临时量实质化也是将亡值。

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右值引用

右值引用（T &&），顾名思义是引用右值的，无论是纯右值还是将亡值。

右值引用是C++11引入的，值得注意的是右值引用的变量是个左值。

因为其是完全符合左值定义的，众所周知，引用本质上是一种特殊的指针，可以这么认为，指针指向的值是右值，但是指针本身并不是右值。

所以你如果想右值引用 右值引用的变量 这样是不行的：

int &&a = 5;	// 编译正常，可以随意右值引用纯右值
int &&b = a;   	// 编译错误

右值引用的目的是延长将亡值的生命周期，减少资源开销，或者是为了移动语义服务，使其进行资源转移。

struct AA {};
AA createAA() {return AA();
}
int main() {AA &&a = createAA(); 
}

右值引用AA &&a接纳了本来表达式结束就要释放掉资源的匿名对象AA()

并可以任意更改匿名对象的资源。

常量左值引用与右值引用

在C++11之前，负责右值引用(T &&)功能的是常量左值引用(const T &)，只不过和右值引用相比，常量左值引用无法修改其值，且只能用于拷贝语义不能用以移动语义。


可以看出来，常量左值引用和右值引用做的事情是一样的。

顺带一提，不建议用右值引用去引用POD类型的纯右值，因为纯右值要想被右值引用，就得先压栈地址，才能给其引用。

从开销上看，不如直接普通的赋值。


就算单纯只看条数，右值引用用了3条，普通赋值才用了1条，开销一目了然。

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移动语义

移动语义(Move Semantics)是 C++11 引入的一项重要特性，它使得实例对象的资源不通过拷贝的方式进行转移（除了POD类型）。

移动语义具体化其实就是移动构造函数。

struct Resource { ... }class XZZ 
{
public:...构造或者其他的实例化资源...移动构造函数XZZ(XZZ &&value) {this.m_resource = value.m_resource;value.m_resource = nullptr;}/// 移动赋值函数XZZ &operator =(XZZ &&value) {this.m_resource = value.m_resource;value.m_resource = nullptr;}...
private:Resource *m_resource = nullptr;
}

上面是个简单的例子，主要是为了理解移动是怎么来移动资源的。

如果m_resource不是指针，也可以通过使用std::move强行将value.m_resource转成右值来触发this.m_resource的移动构造，使得两个m_resource的资源进行移动达到同样的效果。

_EXPORT_STD template <class _Ty>
_NODISCARD _MSVC_INTRINSIC constexpr remove_reference_t<_Ty>&& move(_Ty&& _Arg) noexcept {return static_cast<remove_reference_t<_Ty>&&>(_Arg);
}

std::move的效果便是强制将传进来的参数转成右值，一般可以将已经右值引用的变量或者将要释放的类型转成右值(将亡值)，实现移动语义的功能。

再次提醒，如果资源是POD类型的，那用移动语义其实没有意义，因为移动就是拷贝，拷贝就是移动。

另外移动构造什么情况下可以编辑器会提供默认移动构造，什么情况下会弃置默认移动构造只能自己写的，这些内容不在本节重点，感兴趣可自行查看。
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引用折叠

说回右值引用的类型，左值引用的右值引用，或者右值引用的左值引用，那到底是左值引用还是右值引用呢？

C++11中引入引用折叠规则（reference collapsing），通过模板或 typedef 中的类型操作可以构成引用的引用，此时适用引用折叠规则：右值引用的右值引用折叠成右值引用，所有其他组合均折叠成左值引用

废话不多说：

简单通俗来说，只有右值引用本身，和叠加两次的右值引用，类型才是右值引用类型，否则，含至少一个引用&的都是左值引用。

不能直接声明一个超过两个&的类型

int a = 10;
int &&& b = a;	// error: 'b' declared as a reference to a reference

但是如果通过using或者typedef间接声明就可以了

typedef int& intR;
using intRe = int&;int a = 10;
intR && b = a;		// 等同于 int &b = a
intRe && c = a;		// 等同于 int &c = a

有了引用折叠，就可以好好使用类型擦除，完美转发参数类型给别的函数或者类。
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完美转发

所谓完美转发(prefect forwarding)，是指在函数模板中，完全依照模板的参数的类型，将参数传递给函数模板中调用的另外一个函数。 ——《C++ 11新特性解析与应用》

完美转发关键点在于：

1. 函数模板
2. 函数模板参数类型是 类型&&
3. 要接收函数模板参数的函数/类，实参用std::forward包装一下

template <typename _Ty, typename... _Type>
_Ty *createClass(_Type&&... args) {return new _Ty(std::forward(args)...);
}

这是个没什么实质意义的模板函数，仅是为了举例。

为什么要用std::forward？

是因为右值引用args本身是左值，传进来本身如果是个右值的话，结果给到接收函数是个左值，那就不是“完美”转发了。

_EXPORT_STD template <class _Ty>
_NODISCARD _MSVC_INTRINSIC constexpr _Ty&& forward(remove_reference_t<_Ty>& _Arg) noexcept {return static_cast<_Ty&&>(_Arg);
}_EXPORT_STD template <class _Ty>
_NODISCARD _MSVC_INTRINSIC constexpr _Ty&& forward(remove_reference_t<_Ty>&& _Arg) noexcept {static_assert(!is_lvalue_reference_v<_Ty>, "bad forward call");return static_cast<_Ty&&>(_Arg);
}

所以需要转成右值的类型，而如果是左值的话，因为函数重载和引用折叠的缘故，即使通过std::forward也是转成左值类型。

参考资料

《C++ 11新特性解析与应用》
《C/C++ 参考文档》