C++ 完美转发
完美转发
定义
- 完美转发指的是函数模板可以将自己的参数“完美”的转发给内部调用的其他函数中。
- 所谓的完美，指的是不仅能准确的转发参数的值，还能保证被转发的参数的左、右值属性不变
解决的问题
- 在 C++ 中如果想要将一个函数的参数转发给另一个函数时，需要保留原始参数的左右值属性。
完美转发的动机
- 以下方的函数模板举例
template<typename T>
void function(T t){
otherdef(t);
}
- 在函数模板的 function() 中调用了 otherdef() 函数，在此基础上的完美转发指的是
- 如果 function() 函数接收到的参数是左值，那么该函数传递给 otherdef() 的参数 t 也应该是左值
- 反之，function() 函数接收到的参数是右值，那么该传递给 otherdef() 的参数 t 也应该是右值
- 但是 function() 函数并不能做到完美转发，
- 因为无论传入进来的 t 是左值还是右值，因为实参是非引用类型的，参数在传递过程中，会有一次额外的拷贝动作，也就意味着传入进来的 t 永远是左值，因为它是一个变量，在内存中有自己的存储地址
- 如果将 t 的类型设置为 T& 类型，那么 function() 函数无法接收一个常量，即 function(5) 这种调用方式
函数模板重载方式实现完美转发
- 利用函数重载，使用 const 接受右值
#include<iostream>
using namespace std;
void otherDef(int &t)
{
cout << "left value" << endl;
}
void otherDef(const int &t)
{
cout << "right value" << endl;
}
template<typename T>
void function(const T& t)
{
otherDef(t);
}
template<typename T>
void function(T& t)
{
otherDef(t);
}
int main()
{
function(5);
int x = 1;
function(x);
return 0;
}
- 这种方法会有以下几种问题：
- 仅适合模板函数仅有少量参数的情况，否则就需要大量的重载函数模板，造成大量的代码冗余
- 接受的右值只能读，不能修改，使用场景受限
完美转发的实现
- 完美转发的实现可以由万能引用加上引用折叠以及 std::forward 三者共同作用完成
万能引用
-
定义
- C++ 标准中规定，右值引用形式的参数只能接收右值，不能接受左值。
- 但是对于函数模板中使用右值引用语法定义的参数来说，它既可以接受左值，又可以接受右值，此时这个右值引用被称为万能引用
-
代码
- C++ 11 标准中，实现完美转发代码如下
- 上面的模板代码的参数 t 既可以接受左值，也可以接受右值。
// version_1
template<typename T>
void function(T&& t)
{
otherDef(t);
}
引用折叠
引入原因
int n = 10;
int &num = n;
function(num); // 1
int &&num2 = 10;
function(num2); // 2
- 1 处的函数调用底层变成了 function(int &&t)
- 2 处的函数调用底层变成了 function(int && &&t)
- C++ 11 之前版本是不支持这种用法的
解决方法
- C++ 11 为了更好的实现完美转发，特意为其指定了新的类型匹配规则，又称折叠规则
- 当实参为左值或者左值引用（A&）时，函数模板中的 T&& 将转变为 A&，即 A& && = A&
- 当实参为右值或者右值引用（A&&）时，函数模板中的 T&& 将转变为 A&&，即 A&& && = A&&
- 即在实现完美转发时，只要函数模板的参数类型为 T&&，那么 C++ 就可以自行的推断出实际传入的实参是左值还是右值
std::forward
引入原因
- 转发的函数模板 function() 已经解决了如何识别函数传入实参是左值还有右值类型的问题。
- 但是对于函数内部，因为接收外部实参的函数参数在内存空间中有了地址，即 T&& t 这个 t 在 function 这个函数中始终是一个左值
- 那么如何将 function() 接受的实参的类型与数值一同传递给内部要调用的函数呢？也就是 std::forward() 的作用
使用
- 只要在模板函数中，调用 std::forward() 函数，就可以将传入参数的属性和数值一同传递到内部的调用函数中
- 最终版的完美转发代码示例如下
#include<iostream>
using namespace std;
void otherDef(int &t)
{
cout << "left value" << endl;
}
void otherDef(const int &t)
{
cout << "right value" << endl;
}
template<typename T>
void function(T&& t)
{
otherDef(std::forward<T>(t));
}
int main()
{
function(5);
int x = 1;
function(x);
return 0;
}
应用场景
- 转发函数参数
- 实现可变参数模板
- 通用库代码中处理各种类型的参数
