c++-引用（包括完美转发，移动构造，万能引用）

目录左值和右值左值引用和右值引用引用与指针的区别移动构造完美转发完美转发的例子文章推荐引用折叠、万能引用和完美转发那些事 - 殷大侠 - 博客园左值和右值在讨论引用之前首先读者最好对左值和右值有一个清晰的了解和区分。左值lvalue是指有内存地址、可被寻址生命周期持久的表达式右值rvalue是指临时值、不可被寻址、生命周期短暂的表达式实际上区分左值和右值的标准就是是否可以取地址即该变量是否有身份接下来举一些例子来清楚一下另两个概念int func() { int a 10; return a; } static int b 0; int func2() { return b; } int main() { int a ;//a是局部变量存放在栈中可以寻址拥有身份a是左值。 int* p a;//p本质也就是存放地址的变量p是左值。 *p; //*p指向的是a这块空间而a是左值因此*p是左值 int arr[5] {0}; arr[0];//等价于*(arr0)所以arr[0]也是左值 func2();//func2函数的返回值是一个空间的地址存放在寄存器中,听起来他好像是右值因为寄存器没有地址但实际上因为func()的类型是引用类型会对地址自动解引用实际上返回的是所引用的空间也就是b所在的控件因此是左值。 100;//100存放在代码段某块空间的数据但是100是伴随指令存在的不是自己单独享有空间因此实际上它没有空间因此它是右值 ssssss//常量字符串存放在只读数据区因此他是有地址的是一个左值但他不能修改 a * a;//a*a的结果存放在寄存器或者一块临时空间中a*a是临时空间的引用,所以a*a是右值 func();//func()的返回值类型是值类型返回值存放在寄存器没有地址因此是右值 }接下来为读者介绍一下左右值的注意点左值不一定在左边int ab右值一定在右边左值和右值都是表示数据的表达式即他们不单单是一个变量名或者一个常量左值和右值也可以是解引用的指针*p函数调用func()也可以是一个计算表达式35右值才有左值引用和右值引用左值引用就是给左值取别名右值引用就是给右值取别名。“别名”从这个称呼也可以看得出来引用没有开辟新空间只是把空间或者空间中的数据再次引用一次再取个名字。在下面的例子中x和a指向同一块空间y和5指向同一块数据int a 5; int x a;//左值引用 int y 5;//右值引用下面是对引用的补充右值引用可以延长右值的生命周期比如将函数返回值用右值引用引用起来返回值就不会立即销毁但是左值引用不可以延长左值的生命周期左值引用加const可以给右值取别名(const int x 5)。右值引用也可以给左值取别名但需要用move函数int a move(b))这点我们接下来会讲。左值的引用也是左值。但是右值的引用却是左值。左值不必说右值的引用为什么是左值因为毕竟右值被引用后可以长期存在有了自己的身份。当然也可以看作是编译器给的特例也叫退化。如果不给这个特例的话那么右值匹配到移动构造后参数也是右值右值无法修改资源也就无法交换了移动构造无法实现了右值引用也就失去了存在的意义。这点我在下面也会讲const引用右值引用不能引用左值甚至右值左值这些都是语法层的概念实际上底层没有这么多约束可以一定程度绕过编译器的检查例如inta (int )b右值引用引用了b这个左值move的原理实际上就是这个。实际上底层上没有别名的概念别名就是一个指针给一块空间取别名就是用另一个指针指向这块空间只不过在于语法层上我们不会发觉类似于这样int x 5; int* p x;//p是x的引用,等价于intp x *p 5;//等价于p 5 //当然我们定义引用时不需要使用指针访问引用时也不需要*这是编译器帮我们处理的引用与指针的区别有多级指针但是没有多级引用(可以引用一个引用但这不是多级引用因为他们引用的是一个空间)没有NULL引用但有NULL指针引用在定义时必须初始化指针没有要求引用在初始化时引用一个实体后就不能再引用其他实体而指针可以在任何时候指向任何一个同类型实体移动构造以右值引用为参数类型的拷贝构造函数就是移动构造函数而通过移动构造函数构造对象的过程就叫做移动构造见一下移动构造class A { public: A(A x) { //... } };移动构造有什么用拷贝一个临时对象右值时自动匹配移动构造函数而不是普通拷贝构造函数尽管普通拷贝构造函数也可以接受临时对象加const但普通拷贝不会交换这是为了尽可能使用移动构造提高效率移动构造内部直接把引用的临时对象的资源与新对象的资源交换不发生拷贝只发生一次交换提高了效率。这也是为什么一个右值的右值引用是左值不是左值就无法修改也就无法交换对象资源。举一个移动构造交换资源的例子class A { public: A(int x) { _ptr new int[x]; for (int i 0; i x; i) { _ptr[i] i; } } A(A x) { swap(this-_ptr,x._ptr);//交换资源而不是拷贝 } void test() { for(int i 0;i5;i) { cout _ptr[i] endl; } } private: int* _ptr; }; int main() { A a2(A(5));//调用移动构造 a2.test(); }在上面的例子中a2对象通过交换获得了临时对象A(5)的资源。移动构造在优化方面的作用一般来说使用函数返回值构造新对象的过程是局部对象--拷贝--临时对象--拷贝--新的对象编译器优化局部对象--拷贝--新的对象省去临时对象直接拷贝移动构造优化局部对象--交换--新的对象在编译器优化的情况下把仅剩一次的拷贝 变成移动构造资源交换自此整个过程没有拷贝总的优化如下细心的同学可能发现str不是右值为什么还可以调用移动构造实际上像str这种函数内局部变量并且马上就要被销毁对象叫做将亡值也属于右值的一种你都要去世了还不如把资源给我~。完美转发但是给了特例后也出现了一个问题就是如果需要调用多层函数完成移动构造的话右值经过参数传递会退化成左值因此下层的函数无论如何也不会匹配到移动语义的函数而是拷贝语义最经典的就是容器中的emplace_back函数这个函数会先接受一个参数然后在调用定位new的时候把参数传给要构造的对象的构造函数但此时参数却退化成了左值就算一开始传入右值也永远无法匹配移动构造下面介绍的完美转发会解决这个问题。引用折叠总之只有折叠双方都是右值引用类型结果才是右值引用否则就是左值引用万能引用templateclass T void func(T arg){}如果函数的参数是T这种类型且T的类型需要推导那么这就是一种万能引用也叫引用折叠。如果传入左值假如是int类型那么T的类型就是int 。根据引用折叠规则fun函数实例化为func(T arg)如果传入右值假如是int类型那么T的类型就是int 。根据引用折叠规则fun函数实例化为func(T arg)forward函数template typename T T forward(typename remove_referenceT::type arg) { return static_castT(arg); }在这个模版函数中arg就是万能引用的形参T是万能引用的模版参数类型这个函数返回一个左值或者右值如果arg原来是左值返回arg的左值引用如果arg原来是右值经过传参退化成了左值返回arg的右值引用。forwad函数利用了万能引用推导出的T的类型根据这个类型再使用引用折叠规则把arg强转成左值或者右值在c中把一个数强转成int类型这个数就变成了右值如果强转为左值这个数就变成了左值总结下来万能引用其实有两个作用一个就是帮我们实现拷贝版本和移动版本的函数而不用自己手动写万能引用另一个就是保持所传参数的左右值属性forward引用折叠完美转发的例子void func2(int x) { cout void func2(int x) endl; } } void func2(int x) { cout func2(int x) endl; } templateclass T void func(T x)//万能引用 { func2(forwardT(x));//完美转发 } int main() { func(5); int a 5; func(a); }从上述例子我们可以看出func()传入左值a时forward函数不会改变他原有的属性而是将参数再次传入func2所以调用func2时调用到的是void func2(int x)。func传入右值但是又退化成了左值时forward函数返回一个参数的右值引用所以func2接收到的参数是右值所以匹配到的是void func2(int x)。事实上如果你确定你调用func要传送的始终是右值内部继续调用func2函数的时候想要保持参数的右值属性还可以直接使用movearg函数这个函数可以直接arg强转成右值然后返回void func2(int x) { cout void func2(int x) endl; } void func2(int x) { cout func2(int x) endl; } templateclass T void func(T x)//万能引用 { func2(move(x));//完美转发 } int main() { func(5); int a 10; func(a); }但是move可不管你原来是左值还是右值到了人家哪儿你必须变成右值。文章推荐引用折叠、万能引用和完美转发那些事 - 殷大侠 - 博客园