C++11新特性之右值引用

目录

前文

一，什么是右值引用？

二，左值引用和右值引用比较

 三，右值引用的应用场景以及作用

四， 右值引用左值的场景分析

 五，完美转发

总结

---

前文

在C++98标准后，C++11标准的更新为C++注入了新活力，C++11新加了140多个新特性，我们这里主要挑一些比较有价值的特性来深入了解一下，本节注意是带大家了解一下C++11新特性之右值引用

一，什么是右值引用？

引用我们并不陌生，那么什么是右值引用呢？不过既然有右值引用那么一定也有左值引用，那么我们先来看看什么是左值引用(其实之前学的都可以叫做左值引用)

 左值是一个表示数据的表达式(如变量名或解引用的指针)，我们可以获取它的地址+可以对它赋值，左值可以出现赋值符号的左边，右值不能出现在赋值符号左边。定义时const修饰符后的左值，不能给他赋值，但是可以取它的地址。左值引用就是给左值的引用，给左值取别名。

// 以下的p、b、c、*p都是左值
int* p = new int(0);
int b = 1;
const int c = 2;
// 以下几个是对上面左值的左值引用
int*& rp = p;
int& rb = b;
const int& rc = c;
int& pvalue = *p;

 那么到底什么是右值？什么是右值引用？

右值也是一个表示数据的表达式，如：字面常量、表达式返回值，函数返回值(这个不能是左值引用返回)等等，右值可以出现在赋值符号的右边，但是不能出现出现在赋值符号的左边，右值不能取地址。右值引用就是对右值的引用，给右值取别名

double a=1.1,b=2;
//右值
a+b
10
//右值引用
double&& rr1=a+b;
int&& rr2=10;

 需要注意的是右值是不能取地址的，但是给右值取别名后，会导致右值被存储到特定位置，且可以取到该位置的地址，也就是说例如：不能取字面量10的地址，但是rr1引用后，可以对rr1取地址，也可以修改rr1。如果不想rr1被修改，可以用const int&& rr1 去引用，是不是感觉很神奇，这个了解一下实际中右值引用的使用场景并不在于此，这个特性也不重要。

 

int main()
{
	double a = 1.1;
	int b = 2;
	
	int&& rr1 = 10;
	const double&& rr2 = a + b;
	
	rr1 = 1;//可以修改
	rr2 = 5;//会报错

	return 0;
}

二，左值引用和右值引用比较

左值引用特点:

1.左值引用只能引用左值，不能引用右值

2.但是const修饰的左值引用可以引用右值(原因:右值本质是临时变量，本身具有常属性，不可改变，直接左值引用属于权限放大，因此需要const修饰)

int main()
{
	int a = 10;
	int b = 5;
	int c = a + b;

	int& ll1 = c;
	const int& ll2 = 10;
	const int& ll3 = a;


	return 0;
}

右值引用特点:

1.右值引用只能引用右值，不能引用左值

2.右值引用可以引用被move以后的左值(这里的move可以看作一个函数，以左值为参数调用move后，返回值属于右值)

int main()
{
	int a = 10;

	int&& rr1 = a;//报错
	int&& rr2 = 10;
	int&& rr3 = move(a);

	return 0;
}

 三，右值引用的应用场景以及作用

在上面的比较我们发现，左值引用可以引用左值也可以引用右值，那么为什么还要有右值引用呢？我们可以来看看左值引用的问题，然后再来看看右值引用是如何解决这个问题的

namespace mjw
{
	class string
	{
	public:
		typedef char* iterator;
		iterator begin()
		{
			return _str;
		}
		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}
		string(const char* str = "")
			:_size(strlen(str))
			, _capacity(_size)
		{
			//cout << "string(char* str)" << endl;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}
		// s1.swap(s2)
		void swap(string& s)
		{
			::swap(_str, s._str);
			::swap(_size, s._size);
			::swap(_capacity, s._capacity);
		}
		// 拷贝构造
		string(const string& s)
			:_str(nullptr)
		{
			cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;
			string tmp(s._str);
			swap(tmp);
		}
		// 赋值重载
		string& operator=(const string& s)
		{
			cout << "string& operator=(string s) -- 深拷贝" << endl;
			string tmp(s);
			swap(tmp);
			return *this;
		}
		 移动构造
		//string(string&& s)
		//	:_str(nullptr)
		//	, _size(0)
		//	, _capacity(0)
		//{
		//	cout << "string(string&& s) -- 移动语义" << endl;
		//	swap(s);
		//}
		
		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				strcpy(tmp, _str);
				delete[] _str;
				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}
		void push_back(char ch)
		{
			if (_size >= _capacity)
			{
				size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				reserve(newcapacity);
			}
			_str[_size] = ch;
			++_size;
			_str[_size] = '\0';
		}
		//string operator+=(char ch)
		string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}

		string operator+(char ch)
		{
			string tmp(*this);
			tmp += ch;
			return tmp;
		}

		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity; // 不包含最后做标识的\0
	};
}

如上，这次我们用自己写的string类来做实验，以方便更好的观察，细心的同学想必已经发现了和之前的不同，这里多了移动构造，但是我们先注释掉了，后面在给大家讲

 我们先做一个简单的实验

int main()
{
	mjw::string str1("hello,word");
	
	mjw::string str2 (str1 + '!');


	return 0;
}

 

这里我们调用了两次拷贝构造，那么这是为什么呢

 

 

 如上图所示，首先第一个拷贝构造是在str+'!'时发生的，第二个则是str2的拷贝构造，这里我们需要注意的是

1.str1+‘!'后返回的是临时变量，因此所传拷贝构造参数s也是临时变量，也就是右值

2.当前所用的拷贝构造属于深拷贝，将传的参数的所有内容都重新拷贝了一遍

 

 

 那么我们这里就有一个问题，str2所要拷贝的数据为临时变量(右值)，而临时变量马上就要释放不用了，真的有必要对其进行深拷贝吗，能否用现代一些的写法(直接交换)

 

 如上图,既然s作为临时变量马上就要释放不用了，那么为什么还要将其内容全部拷贝呢？我们直接将它的内容换给str2不就行了吗，答案自然是可以，但是这里有一个要求就是被构造函数必须是右值，由于const修饰的左值引用可以引用左值也可以引用右值，那么在传参的时候我们如何将右值和左值区分开来呢？这时右值引用就登场了，先看代码

        // 移动构造
		string(string&& s)
			:_str(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
		    cout << "string(string&& s) -- 移动拷贝" << endl;
			swap(s);
		}

如上所示 ，我们以右值引用为参数重载一个拷贝构造函数，这里我们称为移动构造，移动构造本质是将参数右值的资源窃取过来，占位已有，那么就不用做深拷贝了，所以它叫做移动构造，就是窃取别人的资源来构造自己。这样当我们传的参数是右值时，就会直接调用移动构造，这样就避免了不需要的深拷贝，效率的得到有效提高

 如图已经是原代码，当我们重载移动构造后，由于参数为右值就会直接调用移动构造，避免了无效的深拷贝,提高了效率。

 当然，除了移动构造也有移动赋值，同样是为了处理参数是右值的情况

// 移动赋值
		string& operator=(string&& s)
		{
			cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动拷贝" << endl;
			swap(s);
			return *this;
		}

总的来说，在调用拷贝构造函数时，如果被拷贝参数是右值，那么就可以通过函数重载调用移动构造，移动构造中没有新开空间就拷贝了数据，因此效率的得到了提升。

而在C++11后，STL容器也都添加了移动构造和移动赋值 ，这里我们以vector为例查看一下

 

四， 右值引用左值的场景分析

 按照语法，右值引用只能引用右值，但右值引用一定不能引用左值吗？因为：有些场景下，可能真的需要用右值去引用左值实现移动语义。当需要用右值引用引用一个左值时，可以通过move函数将左值转化为右值。C++11中，std::move()函数位于 头文件中，该函数名字具有迷惑性，它并不搬移任何东西，唯一的功能就是将一个左值强制转化为右值引用，然后实现移动语义

int main()
{
	mjw::string str("hello");
	
	mjw::string str1(str);//这里str是左值，调用拷贝构造
	//下面这个str经过move处理后会变成右值
	//但是我们需要注意的是，当成右值就会调用移动构造
	//移动构造实际上是一种资源转移
	//也就是说str的内容转移给了str2，此时str为空
	mjw::string str2(move(str));
	

	return 0;
}

结果如下

STL容器插入的接口函数也增加了右值引用版本

运用如下

int main()
{
	mjw::string s1("hello");

	list v;
	
	v.push_back(s1);//拷贝构造

	
	v.push_back(move(s1));//移动构造
	
	return 0;

}

原理如下

 五，完美转发

void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }

void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }

template
void PerfectForward(T&& t)
{
	Fun(t);
}
int main()
{
	PerfectForward(10);           // 右值
	int a;
	PerfectForward(a);            // 左值
	PerfectForward(std::move(a)); // 右值
	const int b = 8;
	PerfectForward(b);      // const 左值
	PerfectForward(std::move(b)); // const 右值
	return 0;
}

我们看上面的代码，首先需要解释的是模板中的&&不代表右值引用，而是万能引用的意思，即既能接收左值也能接收右值，注意这个万能引用只是提供了同时接收左右值的功能。接下来我们先看一下运行结果

 如上图所示，原码中明明1，3，5函数传的都是右值，为什么结果全是左值呢？这是因为右值引用并不是右值，因为当我们给右值取别名后，右值就会被存储在特定空间，此时的右值可以取到地址，已经不再是右值，而是左值了，也就是说当Fun二次调用时，调用的不再是右值而是左值。那么有什么办法可以使参数保持原有左值或者右值的属性呢？这就需要用到完美转发:

std:forward 完美转发在传参过程中保留对象原生类型属性

 

总结

本节内容到此结束，希望大家能够有所收获