C++11/14新特性--右值引用、移动语义、完美转发
1、右值引用
C++引入了右值引用和移动语义，可以避免无谓的复制，提高程序性能。
（1）左值和右值
C++中所有的是必然属于左值、右值二者之一。
左值：指的是表达式结束后依然存在的持久化对象。
右值：指的是表达式结束时就不再存在的临时对象。
所有的具名变量或对象都是左值，而右值不具名。
区分左值和右值的便捷方法：看能不能对表达式取地址，如果能，则为左值，否则为右值。
右值又分为将亡值和纯右值。
- 纯右值：就是c++98标准中右值的概念，如非引用返回的函数返回的临时变量值；一些运算表达式，如1+2产生的临时变量；不跟对象关联的字面量值，如2，‘c’，true，“hello”；这些值都不能够被取地址。
- 将亡值：则是c++11新增的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。
int i=0;// i是左值， 0是右值
class A {
public:
int a;
};
A getTemp()
{
return A();
}
A a = getTemp(); // a是左值 getTemp()的返回值是右值（临时变量）
（2）左值引用、右值引用
c++98中的引用很常见了，就是给变量取了个别名，在c++11中，因为增加了右值引用(rvalue reference)的概念，所以c++98中的引用都称为了左值引用(lvalue reference)。
int a = 10;
int &reA = a; //refA是a的别名，修改refA就是修改a，a是左值，左移是左值引用
int &b = 1; //编译错误！1是右值，不能够使用左值引用
C++11中的右值引用使用的符号是 &&，如：
int &&a = 1; //实质上就是将不具名（匿名）变量取了个别名
int b = 1;
int &&c = b; //编译错误！不能将一个左值复制给一个右值引用
class A {
public:
int a;
};
A getTemp()
{
return A();
}
A && a = getTemp(); //getTemp()的返回值是右值（临时变量）
getTemp()返回的右值本来在表达式语句结束后，其生命也就该终结了（因为是临时变量），而通过右值引用，该右值又重获新生，其生命期将与右值引用类型变量a的生命期一样，只要a还活着，该右值临时变量将会一直存活下去。实际上就是给那个临时变量取了个名字。
注意：这里a的类型是右值引用类型(int &&)，但是如果从左值和右值的角度区分它，它实际上是个左值。因为可以对它取地址，而且它还有名字，是一个已经命名的右值。
所以，左值引用只能绑定左值，右值引用只能绑定右值，如果绑定的不对，编译就会失败。
但是，常量左值引用却是个奇葩，它可以算是一个“万能”的引用类型，它可以绑定非常量左值、常量左值、右值，而且在绑定右值的时候，常量左值引用还可以像右值引用一样将右值的生命期延长，缺点是，只能读不能改。
const int & a = 1; //常量左值引用绑定 右值， 不会报错
class A {
public:
int a;
};
A getTemp()
{
return A();
}
const A &a = getTemp(); //不会报错 而 A& a 会报错
事实上，很多情况下我们用来常量左值引用的这个功能却没有意识到，如下面的例子：
#include 当我敲完上面的源码运行后，发现结果跟我想象的完全不一样。期望中：
- AcceptVal(ReturnRvalue())需要调用两次拷贝构造函数，一次在ReturnRvalue()函数中，构造好了Copyable对象，返回的时候会调用拷贝构造函数生成一个临时对象，在调用AcceptVal()时，又会将这个对象拷贝给函数的局部变量a，一共调用了两次拷贝构造函数。
- 而AcceptRef()的不同在于形参是常量左值引用，它能够接收一个右值，而且不需要拷贝。
如果是你，上述源码你觉得最后的输出结果是什么？
下图是运行的输出结果，不知与你期望中的是否一样？
实际上，不管哪种方式，一次拷贝构造函数都没有调用！
原因：编译器默认开启了返回值优化(RVO/NRVO, RVO, Return Value Optimization 返回值优化，或者NRVO， Named Return Value Optimization)。编译器很聪明，发现在ReturnRvalue内部生成了一个对象，返回之后还需要生成一个临时对象调用拷贝构造函数，很麻烦，所以直接优化成了1个对象，避免拷贝，而这个临时变量又被赋值给了函数的形参，还是没必要，所以最后这三个变量都用一个变量替代了，不需要调用拷贝构造函数。
总结，其中T是一个具体类型：
1）左值引用， 使用T&，只能绑定左值。
2）右值引用，使用T&&，只能绑定右值。
3）常量左值，使用const T&，既可以绑定左值也可以绑定右值。
4）已命名的右值引用，编译器会认为是左值。
5）编译器有返回值优化，但不要过于依赖。
2、移动构造和移动赋值
回顾一下如何使用C++实现一个字符串类MyString，MyString内部管理一个C语言的char*数组，这个时候一般都需要实现拷贝构造函数和拷贝赋值函数，因为默认的拷贝是浅拷贝，而指针这种资源不能共享，不然一个析构，另一个也就完蛋了。
先来看一段代码：
class MyString
{
public:
static size_t CCtor; //统计调用拷贝构造函数的次数
// static size_t CCtor; //统计调用拷贝构造函数的次数
public:
// 构造函数
MyString(const char* cstr = 0)
{
if (cstr)
{
m_data = new char[strlen(cstr) + 1];
strcpy(m_data, cstr);
}
else
{
m_data = new char[1];
*m_data = '\0';
}
}
// 拷贝构造函数
MyString(const MyString& str)
{
CCtor++;
m_data = new char[strlen(str.m_data) + 1];
strcpy(m_data, str.m_data);
}
// 拷贝赋值函数 =号重载
MyString& operator=(const MyString& str)
{
if (this == &str) // 避免自我赋值!!
return *this;
delete[] m_data;
m_data = new char[strlen(str.m_data) + 1];
strcpy(m_data, str.m_data);
return *this;
}
~MyString()
{
delete[] m_data;
}
char* get_c_str() const { return m_data; }
private:
char* m_data;
};
size_t MyString::CCtor = 0;
int main(void)
{
vector<MyString> vecStr;
vecStr.reserve(1000); //先分配好1000个空间，不这么做，调用的次数可能远大于1000
for (int i = 0;i < 1000;i++)
{
vecStr.push_back(MyString("hello"));
}
cout << MyString::CCtor << endl;
return 0;
}
上面的代码看出什么问题了吗？
存在的问题：
在for循环中，执行了1000次拷贝构造函数，如果MyString(“hello”)构造出来的字符串本来就很长，构造一遍就很耗时了，最后却还要拷贝一遍，而MyString(“hello”)只是临时对象，拷贝完就没什么用了，这就造成了没有意义的资源申请和释放，如果能够直接使用临时对象已经申请的资源，既能节省资源，又能节省资源申请和释放的时间。
而C++11新增加的移动语义就能做到这一点。
要实现移动语义就必须增加两个函数：移动构造函数和移动赋值函数。
#include 结果输出：
可以看到：
- 移动构造函数与拷贝构造函数的区别是，拷贝构造参数是const MyString& str，是常量左值引用； 而移动构造参数是MyString&& str，是右值引用。
- 而MyString（“hello”）是个临时对象，是个右值，优先进入移动构造函数而不是拷贝构造函数。
- 移动构造函数与拷贝构造不同，它并不是一个重新分配一块新的空间，将要拷贝的对象复制过来，而是“偷”了过来，将自己的指针指向别人的资源，然后将别人的指针修改为nullptr，这一步很重要，如果不将别人的指针修改为空，那么临时对象构造的时候就会释放掉这个资源，“偷”也白偷了。下面这张图可以解释copy和move的区别。
下面这张图可以解释copy和move的区别：
不用奇怪为什么可以抢别人的资源，临时对象的资源不好好利用也是浪费，因为生命周期本来就是很短，在你执行完这个表达式之后，它就毁灭了，充分利用资源，才能高效。
对于一个左值，肯定是调用拷贝构造函数了，但是有些左值是局部变量，生命周期也很短，能不能移动而不是拷贝呢？
**C++11为了解决这个问题，提供了std::move()方法来将左值转换为右值，从而方便应用移动语义。**我觉得它其实是告诉编译器，虽然我是左值，但是不要对我用拷贝构造函数，而是使用移动构造函数吧。
int main()
{
vector<MyString> vecStr;
vecStr.reserve(1000); //先分配好1000个空间
for(int i=0;i<1000;i++){
MyString tmp("hello");
vecStr.push_back(tmp); //调用的是拷贝构造函数
}
cout << "CCtor = " << MyString::CCtor << endl;
cout << "MCtor = " << MyString::MCtor << endl;
cout << "CAsgn = " << MyString::CAsgn << endl;
cout << "MAsgn = " << MyString::MAsgn << endl;
cout << endl;
MyString::CCtor = 0;
MyString::MCtor = 0;
MyString::CAsgn = 0;
MyString::MAsgn = 0;
vector<MyString> vecStr2;
vecStr2.reserve(1000); //先分配好1000个空间
for(int i=0;i<1000;i++){
MyString tmp("hello");
vecStr2.push_back(std::move(tmp)); //调用的是移动构造函数
}
cout << "CCtor = " << MyString::CCtor << endl;
cout << "MCtor = " << MyString::MCtor << endl;
cout << "CAsgn = " << MyString::CAsgn << endl;
cout << "MAsgn = " << MyString::MAsgn << endl;
}
运行结果;
下面再举几个例子：
MyString str1("hello"); //调用构造函数
MyString str2("world"); //调用构造函数
MyString str3(str1); //调用拷贝构造函数
MyString str4(std::move(str1)); // 调用移动构造函数、
// cout << str1.get_c_str() << endl; // 此时str1的内部指针已经失效了！不要使用
//注意：虽然str1中的m_dat已经称为了空，但是str1这个对象还活着，知道出了它的作用域才会析构！而不是move完了立刻析构
MyString str5;
str5 = str2; //调用拷贝赋值函数
MyString str6;
str6 = std::move(str2); // str2的内容也失效了，不要再使用
上面例子需要注意以下几点：
- str6 = std::move(str2)，虽然将str2的资源给了str6，但是str2并没有立刻析构，只有在str2离开了自己的作用域的时候才会析构，所以，如果继续使用str2的m_data变量，可能会发生意想不到的错误。
- 如果我们没有提供移动构造函数，只提供了拷贝构造函数，std::move()会失效但是不会发生错误，因为编译器找不到移动构造函数就去寻找拷贝构造函数，也这是拷贝构造函数的参数是const T&常量左值引用的原因！
- c++11中的所有容器都实现了move语义，move只是转移了资源的控制权，本质上是将左值强制转化为右值使用，以用于移动拷贝或赋值，避免对含有资源的对象发生无谓的拷贝。move对于拥有如内存、文件句柄等资源的成员的对象有效，如果是一些基本类型，如int和char[10]数组等，如果使用move，仍会发生拷贝（因为没有对应的移动构造函数），所以说move对含有资源的对象说更有意义。
3、universal reference(通用引用)
当右值引用和模版结合的时候，就复杂了。
T&& 并不一定表示右值引用，也可能是左值引用。
例如：
template<typename T>
void f( T&& param){
}
f(10); //10是右值
int x = 10; //
f(x); //x是左值
如果上面的函数模板表示的是右值引用的话，肯定是不能传递左值的，但事实却是可以。这里的&&是一个未定义的引用类型，称为universal reference，它必须被初始化，它是左值引用还是右值引用取决于它的初始化，如果它被一个左值初始化，它就是一个左值引用，如果被一个右值初始化，它就是一个右值引用。
注意：只有当发生自动类型推断时（如函数模板的类型自动推导，或auto关键字），&&才是一个universal reference。
例如：
template<typename T>
void f( T&& param); //这里T的类型需要推导，所以&&是一个 universal references
template<typename T>
class Test {
Test(Test&& rhs); //Test是一个特定的类型，不需要类型推导，所以&&表示右值引用
};
void f(Test&& param); //右值引用
//复杂一点
template<typename T>
void f(std::vector<T>&& param); //在调用这个函数之前，这个vector中的推断类型
//已经确定了，所以调用f函数的时候没有类型推断了，所以是 右值引用
template<typename T>
void f(const T&& param); //右值引用
// universal references仅仅发生在 T&& 下面，任何一点附加条件都会使之失效
所以最终还是要看T被推导成什么类型，如果T被推导成了string，那么T&& 就是string&&，是个右值引用；如果T被推导为string&，就会发生类似string& &&的情况，对于这种情况，C++11增加了引用折叠的规则，总结如下：
1）所有的右值引用叠加到右值引用上仍然是一个右值引用。
2）所有的其他引用类型之间的叠加都将变成左值引用。
如上面的T& &&其实就被折叠成了个string&，是一个左值引用。
#include 归纳一下：传递左值进去，进去就是左值引用，传递右值进去，就是右值引用。
4、完美转发
所谓转发，就是通过一个函数将参数继续转交给另一个函数进行处理，原参数可能是右值，可能是左值，如果还能继续保持参数的原有特征，那么它就是完美的。
void process(int& i){
cout << "process(int&):" << i << endl;
}
void process(int&& i){
cout << "process(int&&):" << i << endl;
}
void myforward(int&& i){
cout << "myforward(int&&):" << i << endl;
process(i);
}
int main()
{
int a = 0;
process(a); //a被视为左值 process(int&):0
process(1); //1被视为右值 process(int&&):1
process(move(a)); //强制将a由左值改为右值 process(int&&):0
myforward(2); //右值经过forward函数转交给process函数，却称为了一个左值，
//原因是该右值有了名字 所以是 process(int&):2
myforward(move(a)); // 同上，在转发的时候右值变成了左值 process(int&):0
// forward(a) // 错误用法，右值引用不接受左值
}
上面的例子就是不完美转发，而c++中提供了一个std::forward()模板函数解决这个问题。将上面的myforward()函数简单改写一下：
void myforward(int&& i){
cout << "myforward(int&&):" << i << endl;
process(std::forward<int>(i));
}
myforward(2); // process(int&&):2
上面修改过后还是不完美转发，myforward()函数能够将右值转发过去，但是并不能够转发左值，解决办法就是借助universal references通用引用类型和std::forward()模板函数共同实现完美转发。例子如下：
#include 上面的代码测试结果表明，在universal references和std::forward的合作下，能够完美的转发这4种类型。
5、emplace_back减少内存拷贝和移动
我们之前使用vector一般都喜欢用push_back()，由上文可知容易发生无谓的拷贝，解决办法是为自己的类增加移动拷贝和赋值函数，但其实还有更简单的办法！就是使用emplace_back()替换push_back()，如下面的例子：
#include 可以看到效果是明显的，虽然没有测试时间，但是确实可以减少拷贝。**emplace_back()**可以直接通过构造函数的参数构造对象，但前提是要有对应的构造函数。
对于map和set，可以使用emplace()。基本上emplace_back()对应push_bakc(), emplce()对应insert()。
移动语义对**swap()**函数的影响也很大，之前实现swap可能需要三次内存拷贝，而有了移动语义后，就可以实现高性能的交换函数了。
template <typename T>
void swap(T& a, T& b)
{
T tmp(std::move(a));
a = std::move(b);
b = std::move(tmp);
}
如果T是可移动的，那么整个操作会很高效，如果不可移动，那么就和普通的交换函数是一样的，不会发生什么错误，很安全。
6、总结
- 有两种值类型，左值和右值。
- 有三种引用类型，左值引用、右值引用和通用引用。左值引用只能绑定左值，右值引用只能绑定右值，通用引用由初始化时绑定的值的类型确定。
- 左值和右值是独立于他们的类型的，右值引用可能是左值可能是右值，如果这个右值引用已经被命名了，他就是左值。
- 引用折叠规则：所有的右值引用叠加到右值引用上仍然是一个右值引用，其他引用折叠都为左值引用。当T&&为模板参数时，输入左值，它将变成左值引用，输入右值则变成具名的右值应用。
- 移动语义可以减少无谓的内存拷贝，要想实现移动语义，需要实现移动构造函数和移动赋值函数。
- std::move()将一个左值转换成一个右值，强制使用移动拷贝和赋值函数，这个函数本身并没有对这个左值什么特殊操作。
- std::forward()和universal references通用引用共同实现完美转发。
- 用empalce_back()替换push_back()增加性能。