通用引用、引用折叠与完美转发问题

一、通用引用：
通用引用（universal reference）是Scott Meyers在C++ and Beyond 2012演讲中自创的一个词，用来特指一种引用的类型。这种引用在源代码中（“T&&”）看起来像右值引用，但是它们可以表现左值引用（即“T&”）的行为。它们的双重性质允许它们绑定右值（就像右值引用那样）和左值（就像左值引用那样）。而且，它们可以绑定const或者非const对象，可以绑定volatile和非volatile对象，还可以绑定const和volatile同时作用的对象。它们实际上可以绑定任何东西。构成通用引用有两个条件：

• 必须精确满足T&&这种形式（即使加上const也不行）
• 类型T必须是通过推断得到的（最常见的就是模板函数参数）

（第一个例外）比如将一个左值传递给函数的右值引用参数，且此右值引用指向模板类型参数时，编译器推断，模板类型参数为：实参的左值引用类型

template<typename T> void f(T&&);
int i = 1;
f(i);//编译器推导出T为int&类型
f(10);//推导出T为普通类型int

二、引用折叠：
（第二个例外）通常不能直接定义引用的引用（引用非实体），但是通过类型别名或模板类型参数间接定义是可以的，但这时引用会形成“折叠”，例如上例中，当T被推导为int&，f的参数类型变为int& &&（无效代码，用于演示），引用折叠规则：

• X& &, X& &&, X&& &折叠为：X&
• X&& &&折叠为：X&&

于是最后我们得到的f的形参类型是int&类型，即当我们用左值对f进行调用时，实际是用传引用的方式在调用函数。

三、std::move的工作原理：
由以上知识，就可以解释一下std::move的工作原理了：

template<typename T>
typename remove_reference::type&& move(T&& t)
{
  return static_cast<
         typename remove_reference::type&&>(t);
}

首先，move函数的参数类型是通用引用T&&，可以绑定任意类型参数，其次，返回值是remove_reference的type成员类型的右值引用，比如T被推导为int或者int&，则remove_reference::type为int类型，返回值类型为int&&，最后，函数体中static_cast内的转换过程类似，虽然不能隐式的将一个左值转换为一个右值引用，但是通过static_cast显式转换时允许的（把左值截断问题缩小在使用std::move代码的范围内）。

四、完美转发：
有时候，某些函数需要将其实参连同类型（const、左值、右值等属性）不变的转发给其他函数。

template<typename F,typename T>
void sender(F receiver, T t) //sender函数，接受一个可调用对象和一个模板参数类型的参数
{
  receiver(t); //sender需要将自己的参数t转发给receiver函数
}

一般情况下这个函数能工作，但是当它调用一个接受引用类型参数的函数时就会有问题：

void rec(int& i) { ++i;}
int j = 1;
rec(j); 
cout << j << endl; //输出j为2；

//但是通过sender调用时：
template<typename F,typename T>
void sender(F receiver, T t) 
{
    receiver(t); 
}
sender(rec, j);
cout << j << endl; //输出j为1

其原因是j传递给sender函数，推断出T为int类型而非引用，j的值是被拷贝到形参t中的，因此对t值的改变不会反应到j中。

这时联想到我们讲的通用引用，将模板参数类型定义为T&&，接受左值时，T会被推断为左值引用类型，经过一次引用折叠，得参数t的类型为左值引用，它对应实参的const属性和左值、右值属性都将得到保持：

template<typename F, typename T>
void sender(F receiver, T&& t) //通用引用
{
    receiver(t);
}

void rec(int& i)
{
    ++i;
}
sender(rec, j);
cout << j << endl; //OK！输出j为2

但是这儿又会遇到另一个问题：

template<typename F, typename T>
void sender(F receiver, T&& t)
{
    receiver(t);
}

void rec(int&& i) //现在rec接受一个右值引用参数
{
  ++i;
}

int j = 1;
sender(rec,j);//错误：无法从一个左值实例化int&&
sender(rec,1);//错误：无法从一个左值实例化int&&

当我们试图对一个接受右值引用的函数转发参数时，会报以上错误，不论我们传递给sender函数的是一个左值还是右值。原因是传递给rec函数中形参i的是sender函数中的参数t，函数参数和其他变量一样都是左值表达式！所以会出现将左值绑定到右值引用的错误。

这时需要用到forward函数来保证：当sender函数接受一个右值实参，转发给rec函数时仍然能保持其右值属性。forward函数定义在头文件中。

//forward函数
//lvalue (1)    
template <typename Type> Type&& forward (typename remove_reference::type& arg) noexcept
{   
    return (static_cast(arg));
}
//rvalue (2)    
template <typename Type> Type&& forward (typename remove_reference::type&& arg) noexcept
{   
    return (static_cast(arg));
}

forward函数的工作原理：由arg接受的实参类型推断出Type类型。

forward函数必须通过显式模板实参来调用，它跟通用引用配合可以保存原始实参的所有特性，回到我们的例子：

templateF, typename T>
void sender(F receiver, T&& t)
{
    receiver(std::forward<T>(t));
}

当传递给sender的是一个右值——比如10时，推断出来的T是一个普通类型即int，传给forward的形参arg的实参就是一个int，从而推出Type是int，这时调用std::forward(t)返回的是int&&，保存了原实参的右值属性。
当传递给sender的是一个左值——比如j时，这时我们推断出来的T应该是一个int&了，调用std::forward(t)返回int & &&（无效代码，演示）折叠成为int&，保存了原实参的左值属性。

template<typename F, typename T>
void sender(F receiver, T&& t)
{
    receiver(std::forward(t));
}

void rec1(int i)
{
    ++i;
}
void rec2(int& i)
{
    ++i;
}
void rec3(int&& i)
{
    ++i;
}
int main()
{
    int i = 1, j = 1, k = 1;
    /*
    rec1(i);
    cout << i << endl; //输出1
    */

    /*
    rec2(j);
    cout << j << endl; //输出2
    */

    /*
    rec3(std::move(k));
    cout << k << endl; //输出2
    */

    sender(rec1, i);
    cout << i << endl;//输出1
    sender(rec2, j); 
    cout << j << endl;//输出2
    sender(rec3, std::move(k));
    cout << k << endl;//输出2
}