深入理解C++右值引用
在C++中，常量、变量或表达式一定是左值（lvalue）或右值（rvalue）。
左值：非临时的（具名的，可在多条语句中使用，可以被取地址）。可以出现在等号的左边或右边。可分为非常量左值和常量左值。
| 类型 | 举例 |
| 非常量左值 |
int ncLeft1 = 2;// ncLeft1为非常量左值 ++ncLeft1; // 前缀自增表达式返回值为非常量左值 |
| 常量左值 |
const int cLeft1 = 2; // cLeft1为常量左值 |
右值：临时的（不具名的，只在当前语句中有效，不能取地址）。只能出现在等号的右边。可分为非常量右值和常量右值。
| 类型 | 举例 |
| 非常量右值 |
int ncLeft1 = 1; ncLeft1 + 1; // ncLeft1+1为非常量右值 add(1, 2); // int add(int,int)函数的返回值为非常量右值 [] {return 5; }(); // lambda表达式为非常量右值 CRect().GetWidth(); // 成员函数int GetWidth()返回值为非常量右值 |
| 常量右值 |
const int& cLeftRef1 = 3; // 3为常量右值 |
左值引用：对左值的引用就是左值引用。可分为非常量左值引用和常量左值引用。
| 引用类型 |
可被引用的类型 | 注记 |
|||
| 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 |
// ncLeft1为非常量左值 int ncLeft1 = 2; int& ncLeftRef1 = ncLeft1; // 前缀自增表达式返回值为非常量左值 int& ncLeftRef2 = ++ncLeft1; // ncLeftRef2为非常量左值 int& ncLeftRef3 = ncLeftRef2; |
No | No | No | 该引用类型本身为非常量左值 |
| 常量左值引用 |
// ncLeft1为非常量左值 int ncLeft1 = 2; const int& cLeftRef1 = ncLeft1; // 前缀自增表达式返回值为非常量左值 const int& cLeftRef2 = ++ncLeft1; int& ncLeftRef1 = ++ncLeft1; // ncLeftRef1为非常量左值 const int& cLeftRef3 = ncLeftRef1; |
// cLeft1为常量左值 const int cLeft1 = 2; const int& cLeftRef1 = cLeft1; // cLeftRef1为常量左值 const int& cLeftRef2 = cLeftRef1; |
int ncLeft1 = 1; // ncLeft1+1为非常量右值 const int& cLeftRef1 = ncLeft1 + 1; // 后缀自增表达式返回值为非常量右值 const int& cLeftRef2 = ncLeft1++; // int add(int,int)函数的返回值为非常量右值 const int& cLeftRef3 = add(1, 2); // lambda表达式为非常量右值 const int& cLeftRef4 = [] {return 5; }(); // 成员函数int GetWidth()返回值为非常量右值 const int& cLeftRef5 = CRect().GetWidth(); |
// 3为常量右值 const int& cLeftRef1 = 3; |
该引用类型本身为常量左值 |
注：常量左值引用是“万能”的引用类型，可以绑定到所有类型的值，包括非常量左值、常量左值、非常量右值和常量右值。
右值引用（Rvalue References）：对右值的引用就是右值引用。可分为非常量右值引用和常量右值引用。
| 引用类型 |
可被引用的类型 | 注记 |
|||
| 非常量左值 | 常量左值 | 非常量右值 | 常量右值 | ||
| 非常量右值引用 | No | No |
int ncLeft1 = 1; int&& ncRightRef1 = ncLeft1 + 1; // 后缀自增表达式返回值为非常量右值 int&& ncRightRef2 = ncLeft1++; // int add(int,int)函数的返回值为非常量右值 int&& ncRightRef3 = add(1, 2); // lambda表达式为非常量右值 int&& ncRightRef4 = [] {return 5; }(); // 成员函数int GetWidth()返回值为非常量右值 int&& ncRightRef5 = CRect().GetWidth(); |
No |
该引用类型本身为非常量左值 |
| 常量右值引用 | No | No |
int ncLeft1 = 1; // ncLeft1+1为非常量右值 const int&& cRightRef1 = ncLeft1 + 1; // 后缀自增表达式返回值为非常量右值 const int&& cRightRef2 = ncLeft1++; // int add(int,int)函数的返回值为非常量右值 const int&& cRightRef3 = add(1, 2); // lambda表达式为非常量右值 const int&& cRightRef4 = [] {return 5; }(); // 成员函数int GetWidth()返回值为非常量右值 const int&& cRightRef5 = CRect().GetWidth(); |
// 3为常量右值 const int&& cRightRef1 = 3; |
该引用类型本身为常量左值 |
为临时对象的右值，它的生命周期很短暂，一般在执行完当前这条表达式之后，就释放了。
通过将其赋值给右值引用，可以在不进行昂贵的拷贝操作的情况下被“续命”，让其生命周期与右值引用类型变量的生命周期一样长。
右值引用的两个基本特性：移动语义(Move Semantics)和完美转发(Perfect Forwarding)
移动语义(Move Semantics)
可将资源从一个对象转移到另一个对象；主要解决减少不必要的临时对象的创建、拷贝与销毁。
移动构造函数MyClass(Type&& a)：当构造函数参数是一个右值时，优先使用移动构造函数而不是拷贝构造函数MyClass(const Type& a)。
移动赋值运算符Type& operator = (Type&& a)：当赋值的是一个右值时，优先使用移动赋值而不是拷贝赋值运算符Type& operator = (const Type& a)。
#include <iostream> #include <string> #include <utility> struct MyClass { std::string s; MyClass(const char* sz) : s(sz) { std::cout << "MyClass sz:" << sz << std::endl; } MyClass(const MyClass& o) : s(o.s) { std::cout << "copy construct!\n"; } MyClass(MyClass&& o) noexcept : s(std::move(o.s)) { std::cout << "move construct!\n"; } MyClass& operator=(const MyClass& other) { // copy assign std::cout << "copy assign!\n"; s = other.s; return *this; } MyClass& operator=(MyClass&& other) noexcept { // move assign std::cout << "move assign!\n"; s = std::move(other.s); return *this; } static MyClass GetMyClassGo(const char* sz) { MyClass o(sz); // 注意：可能会被NRVO优化掉 return o; } }; void func0(MyClass o) { std::cout << o.s.c_str() << std::endl; } void func1(MyClass& o) { std::cout << o.s.c_str() << std::endl; } void func2(const MyClass& o) { std::cout << o.s.c_str() << std::endl; } void func3(MyClass&& o) { std::cout << o.s.c_str() << std::endl; } int main(int arg, char* argv[]) { MyClass a1("how"); MyClass a2("are"); a2 = a1; // copy assign 注：a1是一个左值 a2 = MyClass("you"); // move assign 注：MyClass("you")是一个右值 MyClass a3(a1); // copy construct 注：a1是一个左值 MyClass&& a4 = MyClass::GetMyClassGo("go"); // move construct 注：发生在MyClass::GetMyClassGo()内部 MyClass a5 = MyClass::GetMyClassGo("china"); // move construct两次 注：一次发生在MyClass::GetMyClassGo()内部；另一次发生在将返回值赋值给a5 MyClass a6("let"); MyClass a7("it"); MyClass a8("go"); MyClass a9("!"); func0(a6); // copy construct func1(a7); func2(a8); //func3(a9); // 编译error: 不能把一个左值赋值给右值 func0(MyClass::GetMyClassGo("god")); // move construct两次 注：一次发生在MyClass::GetMyClassGo()内部；另一次发生在将返回值赋值给foo0参数时 //func1(MyClass::GetMyClassGo("is")); // 编译error: 不能把一个右值赋值给左值 func2(MyClass::GetMyClassGo("girl")); // move construct 注：发生在MyClass::GetMyClassGo()内部 func3(MyClass::GetMyClassGo("!")); // move construct 注：发生在MyClass::GetMyClassGo()内部 return 0; }
注：测试以上代码一定要关闭C++编译器优化技术 -- RVO、NRVO和复制省略
使用std::move来实现移动语义
将一个左值或右值强制转化为右值引用。 注：UE4中对应为MoveTemp模板函数
std::move（en chs）并不会移动任何东西，只是将对象的状态或者所有权从一个对象转移到另一个对象。注：只是转移，没有内存的搬迁或者内存拷贝。
① 基本类型（如：int、double等）被std::move移动后，其数值不会发生变化
② 复合类型被std::move移动后，处于一个未定义，但有效的状态（大部分成员函数仍有意义）例如：标准库中的容器类对象被移动后，会变成空容器
完美转发(Perfect Forwarding)
针对模板函数，使用全能引用将一组参数原封不动的传递给另一个函数。
原封不动指：左值、右值、是否为const均不变。带来如下3方面好处：
① 保证左值、右值的属性
② 避免不必要的拷贝操作
③ 避免模版函数需要为左值、右值、是否为const的参数来实现不同的重载
全能引用（universal references、转发引用）是一种特殊的模板引用类型，采用右值引用的语法形式（但它并不是右值引用）。如：template <class T> void func(T&& t) {}
T&& t在发生自动类型推断的时候，它是未定的引用类型（universal references），T取决于传入的参数t是右值还是左值。右值经过T&&变为右值引用，而左值经过T&&变为左值引用。
std::move就是使用全能引用实现的。其定义如下：
template <typename T> typename remove_reference<T>::type&& move(T&& t) { return static_cast<typename remove_reference<T>::type &&>(t); } /***************************************** std::remove_reference功能为去除类型中的引用 std::remove_reference<T &>::type ---> T std::remove_reference<T &&>::type ---> T std::remove_reference<T>::type ---> T ******************************************/ //原始的，最通用的版本 template <typename T> struct remove_reference{ typedef T type; //定义T的类型别名为type }; //部分版本特例化，将用于左值引用和右值引用 template <class T> struct remove_reference<T&> //左值引用 { typedef T type; } template <class T> struct remove_reference<T&&> //右值引用 { typedef T type; }
① 当t为左值时，展开为：U&& move(U& t) 注：右值引用类型变量也是左值
② 当t为右值时，展开为：U&& move(U&& t)
最后，通过static_cast<>进行强制类型转换返回右值引用。注：static_cast之所以能使用类型转换，是通过remove_refrence::type模板移除T&&，T&的引用，获取具体类型T（模板偏特化）。
引用折叠
规律：含左值引用就是左值引用，否则就是右值引用
| 不同组合情况 | 声明类型 | 折叠类型 |
| 引用的引用 | & & | & |
| 右值引用的引用 | && & | & |
| 引用的右值引用 | & && | & |
| 右值引用的右值引用 | && && | && |
使用std::forward实现参数的完美转发。其定义如下（en chs）：
template <typename T> T&& forward(remove_reference_t<T>& arg) // forward an lvalue as either an lvalue or an rvalue { return static_cast<T&&>(arg); } template <typename T> T&& forward(remove_reference_t<T>&& arg) // forward an rvalue as an rvalue { static_assert(!is_lvalue_reference_v<T>, "bad forward call"); return static_cast<T&&>(arg); }
最后，通过static_cast<>进行引用折叠，并强制类型转换后，实现原封不动转发参数。 注：UE4中对应为Forward模板函数
void bar(int& a, int&& b) { int c = a + b; } void func(int a, int&& b) { int c = a + b; } template <typename A, typename B> void foo(A&& a, B&& b) { // a, b为左值引用或右值引用 bar(std::forward<A>(a), std::forward<B>(b)); // 在std::forward转发前后，参数a，b的类型完全不变 } int main(int arg, char* argv[]) { int a = 10; foo(a, 20); // 展开为void foo(int& a, int&& b)，经过std::forward完美转发后，会调用到void bar(int& a, int&& b)函数 func(std::forward<int>(a), std::forward<int&&>(30)); // 经过std::forward完美转发后，会调用到void func(int a, int&& b)函数 return 0; }
