c++11特性（四）右值引用&&move&&forward

右值引用

什么是左右值

• lvalue是locator value的缩写，rvalue是read value的缩写
• 左值是存在内存中的，有明确的存储/可取地址的数据
• 右值是指可以提供数据值的数据（地址不可取）

怎么区分左右值呢？
可以对表达式取&的就是左值，否则就是右值，所有有名字的变量或者对象都是左值，右值是匿名的

int a = 1;
int b = 2;
a = b;

根据上述所说，等号左边或者可以取&的都是左值，所以上面三个表达式中，a和b其实都是左值，1和2是右值。

右值类型

• 纯右值：非引用返回的临时变量、运算表达式产生的临时变量、原始字面量和lambda表达式等
• 将亡值：与右值引用相关的表达式，例如，T&& 类型函数返回值，std::move返回值

int value = 666;

上述代码中，value是左值，666是字面量，所以是右值

右值引用

右值引用就是对一个右值进行引用的类型，右值是匿名的，所以我们只能通过引用的方式找到它，不管是左值引用还是右值引用，都必须进行初始化，因为引用本身只是给变量或者对象起了一个别名，并不拥有所绑定对象的内存，通过右值引用的声明，该右值又“重获新生”，其生命周期与右值引用类型变量的生命周期一样，只要该变量还活着，该右值临时量将会一直存活下去。

#include 
using namespace std;

int&& value = 520;
class Test
{
public:
    Test()
    {
        cout << "construct: my name is jerry" << endl;
    }
    Test(const Test& a)
    {
        cout << "copy construct: my name is tom" << endl;
    }
};

Test getObj()
{
    return Test();
}

int main()
{
    int a1;
    int &&a2 = a1;        // error
    Test& t = getObj();   // error
    Test && t = getObj();
    return 0;
}

• int&& value = 520 中，520是一个字面量，是一个纯右值，value是对这个右值的引用
• int&& a2 = a1中，a2并不能作为一个右值引用来使用，因为a1就不是一个右值，是一个左值
• Test& t = getObj() 中，该表达式也是错误的，右值不能给普通的左值引用赋值，因为getObj()其实返回的是一个临时对象，也算是一个右值，只不过属于将亡值
• Test&& t = getObj()中，getObj()返回的是一个临时对象，被称为将亡值，t是对这个将亡值的右值引用

转移和完美转发

move

c++中新增了右值引用，但是并不能使用左值来初始化右值，如果想要使用左值初始化一个右值引用需要借助 std::move () 函数，使用std::move方法可以将左值转换为右值。使用这个函数并不能移动任何东西，而是和移动构造函数一样都具有移动语义，将对象的状态或者所有权从一个对象转移到另一个对象，只是转移，没有内存拷贝。管理权的转移。
从实现上讲，std::move 基本等同于一个类型转换：static_cast(lvalue);，函数原型如下:

template<class _Ty>
_NODISCARD constexpr remove_reference_t<_Ty>&& move(_Ty&& _Arg) _NOEXCEPT
{	// forward _Arg as movable
    return (static_cast<remove_reference_t<_Ty>&&>(_Arg));
}

使用方式：

class Test
{
public：
    Test(){}
    ......
}
int main()
{
    Test t;
    Test && v2 = move(t);   
    return 0;
}

在进行左值赋值给右值时，我们需要使用std::move进行了转换。

move的优点

如果一个容器很大，需要将该容器赋值给另外一个容器，拷贝代价很大，但是使用move就不需要进行拷贝，只是发生管理权的转移，使用 move () 就可以非常方便的进行数据所有权的转移。

list<string> ls;
ls.push_back("hello");
ls.push_back("world");
......
list<string> ls1 = ls;        // 需要拷贝, 效率低
list<string> ls2 = move(ls);

如果直接赋值，效率很低，采用move，管理权转移，效率很高。

forward

右值引用类型是独立于值的，一个右值引用作为函数参数的形参时，在函数内部转发该参数给内部其他函数时，它就变成一个左值，并不是原来的类型了。如果需要按照参数原来的类型转发到另一个函数，可以使用 C++11 提供的 std::forward () 函数，该函数实现的功能称之为完美转发。

// 函数原型
template <class T> T&& forward (typename remove_reference<T>::type& t) noexcept;
template <class T> T&& forward (typename remove_reference<T>::type&& t) noexcept;

// 精简之后的样子
std::forward<T>(t);

• 当T为左值引用类型时，t将被转换为T类型的左值
• 当T不是左值引用类型时，t将被转换为T类型的右值

forward的使用

#include 
using namespace std;

template<typename T>
void printValue(T& t)
{
    cout << "l-value: " << t << endl;
}

template<typename T>
void printValue(T&& t)
{
    cout << "r-value: " << t << endl;
}

template<typename T>
void testForward(T && v)
{
    printValue(v);
    printValue(move(v));
    printValue(forward<T>(v));
    cout << endl;
}

int main()
{
    testForward(520);
    int num = 1314;
    testForward(num);
    testForward(forward<int>(num));
    testForward(forward<int&>(num));
    testForward(forward<int&&>(num));

    return 0;
}

输出结果如下：

l-value: 520
r-value: 520
r-value: 520

l-value: 1314
r-value: 1314
l-value: 1314

l-value: 1314
r-value: 1314
r-value: 1314

l-value: 1314
r-value: 1314
l-value: 1314

l-value: 1314
r-value: 1314
r-value: 1314

• testForward(520)：函数形参是一个T&& ，实参是520，是一个字面量，即右值，初始化后被推到为一个右值引用，形参时右值引用
  • printValue(v)：已命名的右值，在传给其他函数调用时，编译器会当作左值处理，所以实参v为左值
  • printValue(move(v))：已命名的右值，在传给其他函数调用时，编译器会当作左值处理，但是实参中使用了move，将左值又转换为了右值，所以最终实参为右值
  • printValue(forward(v))：已命名的右值，在传给其他函数调用时，编译器会当作左值处理，但是实参中使用了forward，forward 的模板参数为右值引用，最终得到一个右值，最终结果是实参为右值
• testForward(num); 函数的形参为未定引用类型 T&&，实参为左值，初始化后被推导为一个左值引用
  • printValue(v); 实参为左值
  • printValue(move(v)); 通过 move 将左值转换为右值，实参为右值
  • printValue(forward(v));forward 的模板参数为左值引用，最终得到一个左值引用，实参为左值
• testForward(forward(num));forward 的模板类型为 int，最终会得到一个右值，函数的形参为未定引用类型 T&& 被右值初始化后得到一个右值引用类型
  • printValue(v); 已命名的右值 v，编译器会视为左值处理，实参为左值
  • printValue(move(v)); 已命名的右值编译器会视为左值处理，通过 move 又将其转换为右值，实参为右值
  • printValue(forward(v));forward 的模板参数为右值引用，最终得到一个右值，实参为右值
• testForward(forward(num));forward 的模板类型为 int&，最终会得到一个左值，函数的形参为未定引用类型 T&& 被左值初始化后得到一个左值引用类型
  • printValue(v); 实参为左值
  • printValue(move(v)); 通过 move 将左值转换为右值，实参为右值
  • printValue(forward(v));forward 的模板参数为左值引用，最终得到一个左值，实参为左值
• testForward(forward(num));forward 的模板类型为 int&&，最终会得到一个右值，函数的形参为未定引用类型 T&& 被右值初始化后得到一个右值引用类型
  • printValue(v); 已命名的右值 v，编译器会视为左值处理，实参为左值
  • printValue(move(v)); 已命名的右值编译器会视为左值处理，通过 move 又将其转换为右值，实参为右值
  • printValue(forward(v));forward 的模板参数为右值引用，最终得到一个右值，实参为右值

参考：
爱编程的大丙