C++11为什么需要std::ref/reference_wrapper?

在std::promise范例中，使用了std::ref将future对象传递给引用参数类型的任务函数。

std::promise示例

如果直接传入pr，将会出现编译错误：

error C2661: “std::tuple,std::promise>::tuple”: 没有重载函数接受 2 个参数

说明函数调用的参数类型不匹配。

查看thread的源代码，其构造函数依赖于一个rvalue-reference类型的variaic templates参数列表：

template::type, thread>::value>::type>explicit
thread(_Fn&& _Fx, _Args&&... _Ax){
    // construct with _Fx(_Ax...)
    _Launch(&_Thr,
        _STD make_unique, decay_t<_Args>...> >(
            _STD forward<_Fn>(_Fx), _STD forward<_Args>(_Ax)...));
}

其中的“_Args&&... _Ax”也是C++11引入的新特性：Variadic templates，它允许函数可以接受任意个不同类型的参数，类似于C语言中的可变参数。在参考文档[4]中说，”However, thanks to variadic templates, programming new features using templates has become easier, clearer & more memory-efficient.“，为什么内存效率更高呢？参考[6]中解释说：参数列表所形成的一个parameter pack在编译期间被解包，C++利用编译期的处理实现了运行时效率优化。参考[5]中说：”Variadic templates are a trustworthy solution to implement delegates and tuples. And, instead of C-style ellipsis mechanism, variadic templates can offer a typesafer solution to replace them.“具体如何实现delegates和tuples，另行描述。

除了可变模板，另外两个相关的新技术是rvalue-reference和reference_wrapper，这两者和move语义是紧密相连的，如此节省了很多右值对象的复制构造开销。

std::ref(pr)返回的对象类型是一个reference_wrapper，而不是对pr的直接引用（T&，即std::promise&)。

换一个参考[7]中的例子：

bind与reference_wrapper的示例第一部分

上述代码的结果是0！为什么？因为bind方法通过传值方式传入参数，在被传递给绑定目标add方法之前，变量”result“已经被重新拷贝了。因为bind必须确保传入的参数是持续可用的。

解决方法很简单，使用reference_wrapper：

bind与reference_wrapper的示例第二部分

使用如下代码定义reference_wrapper对象：

 reference_wrapper r=x;// or auto r = ref(x); 

通过r对象的get函数(r.get())，r的作用与直接引用完全一样。

还可以用来创建引用数组，例如：

引用数组的创建

std::reference_wrapper在泛型代码中用处广泛，它存储的是对象的指针，有引用的全部功能，还实现了引用的拷贝（包括拷贝构造和拷贝赋值），可以在程序中存储引用而不是整个对象。

reference_wrapper和shared_ptr如何选择？两者都可以实现指针层面的复制和操作，但是前者不允许默认构造函数，在容器中也不能使用resize等方法。另外可能还有一些不同之处，但是基本上没有太大区别了。

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参考资料：

[1] http://stackoverflow.com/questions/33240993/c-difference-between-stdreft-and-t
[2] http://stackoverflow.com/questions/26766939/difference-between-stdreference-wrapper-and-simple-pointer
[3] http://stackoverflow.com/questions/31013689/why-does-stdthread-take-function-to-run-by-rvalue
[4] http://softwareengineering.stackexchange.com/questions/273448/polymorphic-template-container-shared-ptr-vs-reference-wrapper
[5] http://www.cplusplus.com/articles/EhvU7k9E/
[6] Real-Time C++: Efficient Object-Oriented and Template Microcontroller Programming, 2015-12,Christopher Kormanyos
[7] https://oopscenities.net/2012/08/09/reference_wrapper/