传参的类型

合集 - C++泛型编程(8)

1.特征02-162.深入模板基础02-163.奇妙递归模板模式和混入技巧02-164.模板名称02-165.模板初步02-166.多态02-16

7.传参的类型02-16

8.shared-from-this02-16

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完美转发#

我们知道，对于对象的传递可以是普通的引用X&，常量引用const X&，或者是右值引用X&&。
如果不使用模板编程想要将参数转发给其他函数，并区分这三者，就需要重载三个函数来实现。

void g(X&) {
    cout << "variable reference\n";
}

void g(const X&) {
    cout << "const reference\n";
}

void g(X&&) {
    cout << "movable reference\n";
}

void f(X& val) {
    g(val);
}

void f(const X& val) {
    g(val);
}

void f(X&& val) {
    g(std::move(val));
}

int main() {
    X x;
    const X c;

    f(x);           // f(X&) => g(X&)
    f(c);           // f(const X&) => g(const X&)
    f(X());         // f(X&&) => g(X&&)
    f(std::move(x));// f(X&&) => g(X&&)

    return 0;
}

需要说明一点，在转发右值类型的f()函数中，使用了std::move，这是因为参数并不传递移动语义的信息，也就是说在f(X&& val)函数内部，其实val是被看作一个左值的，为了保证类型的无损，所以需要使用std::move显式指定我们要传递的类型是右值类型。
如果采用模板来写转发函数，就可以少写一些实现，但会遇到一个问题，无法无损地传递参数类型。

template<typename T>
f(T val) {
    g(val);
}

上面这个转发函数就无法传递可移动的对象，正如上面说的，f函数内部的val参数是看作左值来使用的。
为了解决这个问题，C++引入了完美转发的特殊规则。

template<typename T>
f(T&& val) {
    g(std::forward<T>(val));
}

完美转发std::forward会根据模板参数T来推导其完整的类型，然后进行无损的转发。

T&& 和 X&&:
模板参数T&&和具体类型X&&是不一样的。
X&&是明确的类型X的右值引用，只能绑定到一个类型X的可移动对象上；
T&&是声明了一个转发引用（万能引用），其遵循C++的引用折叠规则，可以绑定到模板参数T类型的变量对象、常量对象（const修饰的）、或者可移动对象上。

值类别#

C++11以后引入了右值引用来支持可移动对象，值的类别就变得稍微复杂了许多，表达式的值仍可以大体上分为左值和右值两类，但右值还可以进一步细分：

           表达式
          ↙      ↘
    广义左值       右值
   ↙      ↘     ↙    ↘
左值        将亡值      纯右值

左值和纯右值的含义很明确，可以简单的通过是否有对象拥有其所有权来判断。将亡值的含义是指这个变量即将过期，并且它的值可以被重复利用，所以将亡值是左值，此时它是有着明确的内存和对象的所有权的，但是在过期后被再次使用时，它已经释放掉了所有权，变成了右值，例如函数的返回结果就是一个将亡值。如果有其他的变量会重复使用它的话，那么完全有理由不直接释放，而是再次延长它的生命周期，这样可以节省一次构造和析构的开销。这也是编译器对将亡值常做的优化，比如(RVO和NRVO)。

传值还是传引用，这是个问题#

首先，不考虑性能影响的话，传值和传引用对模板来说的最大区别在于，是否允许模板参数的退化。传值是允许参数自动进行退化的，而传引用的情况是不会自动进行退化的，除非在内部显式地使用退化。

template <typename T>
void foo(const T t) {
    cout << sizeof(t) << endl;
}

template <typename T>
void foo2(const& T t) {
    cout << sizeof(t) << endl;
}

int main() {
    char arr[3]{"ab"};
    foo(arr);
    foo2(arr);
}

为了说明参数的退化，这里有两个模板函数，foo是传值的，foo2是传引用的，它们都是简单的打印一下入参的字节大小，然后将一个三字节的数组作为入参，可以先猜一下它们分别打印出来。
公布结果：

8
3

按值传递的foo函数打印出来的是8，说明数组在传入时，将其处理成了指针，我们打印的是这个指针的大小，在64位操作系统上指针需要占用8字节的大小；而按引用传递的foo2函数打印出来的是3，也就是说，数组被正确地作为入参传入了，我们传入的是引用，实际上计算出来的大小是这个引用指向的对象的大小，也就是最开始定义的数组，占了3个字节。
这并没有好坏之分，只是需要在合适的场景使用合适的方法传递参数（当然，这明显增加了开发者的心智负担）。不过传值似乎更加符合一贯的认知（众所周知，数组是不能作为C的入参的，数组的入参一直会被转换成指针），因此在模棱两可的时候选择按值传递可能更简单点，书中推荐在以下场景中可以使用按引用传递：

• 参数无法拷贝。
• 参数用于返回数据。
• 模板保留原始实参的所有属性，只是转发参数到其他地方。
• 性能能获得明显的提升。

传递引用时，要尤其注意字符串字面量和原始数组的问题，正如刚提到的，传递引用不会将参数退化处理：

template<typename T>
foo(const T& a, const T& b) {
    // ...
}

foo("hi", "guys");

这在编写时就会报错，因为"hi"是const char[3]类型，而"guys"是const char[5]类型。实际上，没有编辑器的检查或者没有足够小心，很难怀疑这是错误的写法，甚至它很符合一贯的用法。