c++移动语义、万能引用、引用折叠、完美转发

想了解标题的内容，我们可以先简单了解下c++中的左值和右值。

左值和右值

• 左值：能对表达式取地址，就是左值
• 右值：不能对表达式取地址，就是右值
• 将亡值：和右值引用相关的表达式，这样的表达式通常是将要移动的对象、T&&函数返回值、std::move()函数的返回值等
• 纯右值：就是c++98标准右值的概念

这里可以把将亡值和纯右值都看作右值即可。

左值引用和右值引用

• 左值引用
  如下：

int a = 1;
int& ref = a; //ref 就是a的别名，a是左值，ref就是左值引用

• 右值引用
  右值引用的符号是&&，如下：

int&& a = 1; //这里1是右值，所以a就是右值引用

这里需要注意的是：左值引用只能绑定左值，右值引用只能绑定右值。但是常量左值const T&，既可以绑定左值又可以绑定右值。

移动构造和移动赋值

举个简单例子：

class MyString{
public:
    MyString(): data_(nullptr), length_(0){
    }
    
    ~MyString(){
        if (nullptr != data_) {
            delete[] data_;
            data_ = nullptr;
        }
    }
    
    // 移动构造
    MyString(MyString&& str) {
        data_ = str.data_;
        length_ = str.length_;
        str.data_ = nullptr;
        str.length_ = 0;
    }
    
    // 移动赋值函数
    MyString& operator=(MyString&& str) {
        // 避免自我赋值
        if (this == &str) {
            return *this;
        }
        
        delete[] data_;
        data_ = str.data_;
        str.data_ = nullptr;
        return *this;
    }
private:
    char* data_;
    int length_;
};

万能引用（也叫通用引用）

先看个例子：

template
void func(T& t) {
    cout << t << endl;
}

int main() 
{
    int a = 10;
    func(a); // 正常，传入的是左值
    func(10); // 报错，参数是个左值，但是传入的10是右值
    return 0;
}

C++ 11中有万能引用（Universal Reference）的概念：使用T&&类型的形参既能绑定右值，又能绑定左值。

但是注意了：只有发生类型推导的时候，T&&才表示万能引用；否则，表示右值引用。

所以上面的可以修改为：

template
void func(T&& t) {
    cout<< t << endl;
}

int main() 
{
    int a = 10;
    func(a); 
    func(10);
    return 0; 
}

引用折叠

一个模板函数，根据定义的形参和传入的实参的类型，我们可以有下面四中组合：

• 左值-左值 T& & # 函数定义的形参类型是左值引用，传入的实参是左值引用
• 左值-右值 T& && # 函数定义的形参类型是左值引用，传入的实参是右值引用
• 右值-左值 T&& & # 函数定义的形参类型是右值引用，传入的实参是左值引用
• 右值-右值 T&& && # 函数定义的形参类型是右值引用，传入的实参是右值引用

但是C++中不允许对引用再进行引用，对于上述情况的处理有如下的规则：

所有的折叠引用最终都代表一个引用，要么是左值引用，要么是右值引用。

规则是：如果任一引用为左值引用，则结果为左值引用。否则（即两个都是右值引用），结果为右值引用。

即就是前面三种情况代表的都是左值引用，而第四种代表的右值引用。

完美转发

老规矩，先看例子：

template
void func(T& t) {
    cout << "左值" << endl;
}

template
void func(T&& t) {
    cout << "右值" << endl;
}

template
void Test(T&& t) {
    func(t);
}

int main() 
{
    int a = 10;
    Test(a);
    Test(10);
    return 0;    
}

输出结果：

左值
左值

这里就已经和预期的不一样了，预期应该第二个输出右值。

Test()函数本身的形参是一个万能引用，即可以接受左值又可以接受右值；第一个Test()函数调用实参是左值，所以，Test()函数中调用func()中传入的参数也应该是左值；第二个Test()函数调用实参是右值，根据上面所说的引用折叠规则，Test()函数接收的参数类型是右值引用，那么为什么却调用了调用func()的左值版本了呢？这是因为在Test()函数内部，左值引用类型变为了右值，因为参数有了名称，我们也通过变量名取得变量地址。

那么问题来了，怎么保持函数调用过程中，变量类型的不变呢？这就是我们所谓的“完美转发”技术，在C++11中通过std::forward()函数来实现。我们修改我们的Test()函数如下：

template
void func(T& t) {
    cout << "左值" << endl;
}

template
void func(T&& t) {
    cout << "右值" << endl;
}

template
void Test(T&& t) {
    func(std::forward(t));
}

int main()
{
    int a = 10;
    Test(a);
    Test(10);
    return 0;
}

输出结果：

左值
右值

可以输出预期的结果。