【C/C++ 15】C++11右值引用

目录

一、左值与左值引用

二、右值与右值引用

三、左值引用与右值引用比较

四、移动构造与移动赋值

五、完美转发

---

C++的引用分为左值引用和右值引用，一个&表示左值引用，两个&表示右值引用。

C++传统的引用都是左值引用，C++11增添了右值引用的特性。无论左值引用还是右值引用，都是给对象取别名。

一、左值与左值引用

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和对它赋值，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。左值引用就是给左值的引用，给左值取别名。

int main()
{
	// 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;

	return 0;
}

二、右值与右值引用

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。

int main()
{
	double x = 1.1, y = 2.2;

	// 以下几个都是常见的右值
	10;
	x + y;
	fmin(x, y);

	// 以下几个都是对右值的右值引用
	int&& rr1 = 10;
	double&& rr2 = x + y;
	double&& rr3 = fmin(x, y);

	// 这里编译会报错：error C2106: “=”: 左操作数必须为左值
	// 10 = 1;
	// x + y = 1;
	// fmin(x, y) = 1;
	return 0;
}

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。

int main()
{
	double x = 1.1, y = 2.2;
	int&& rr1 = 10;
	const double&& rr2 = x + y;
	rr1 = 20;
	rr2 = 5.5; // 报错
	return 0;
}

三、左值引用与右值引用比较

int main()
{
	// 左值引用只能引用左值，不能引用右值。
	int a = 10;
	int& ra1 = a; // ra为a的别名
	// int& ra2 = 10; // 编译失败，因为10是右值
	
	// const左值引用既可引用左值，也可引用右值。
	const int& ra3 = 10;
	const int& ra4 = a;
	return 0;
}

#include 

int main()
{
	// 右值引用只能右值，不能引用左值。
	int&& r1 = 10;

	// error C2440: “初始化”: 无法从“int”转换为“int &&”
	// message : 无法将左值绑定到右值引用
	int a = 10;
	int&& r2 = a;

	// 右值引用可以引用move以后的左值
	int&& r3 = std::move(a);

	return 0;
}

左值引用既可以引用左值和又可以引用右值，那为什么C++11还要提出右值引用呢？是不是化蛇添足呢？

左值引用做参数和做返回值都可以提高效率，但是当函数返回对象是一个局部变量，出了函数作用域就不存在了，就不能使用左值引用返回，只能传值返回，这种情况下右值引用就有更高的效率了。

四、移动构造与移动赋值

在C++11的STL标准库中，右值引用应用于移动构造和移动赋值。

移动构造和移动赋值的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。

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？有些场景下，是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。

在C++11中，std::move()函数的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。

在传统的C++类中，有6大默认成员函数：

1. 构造函数
2. 析构函数
3. 拷贝构造
4. 拷贝赋值重载
5. 取地址重载
6. const修饰的取地址重载

在C++11引入右值引用后，C++类又新增了两个默认成员函数：移动构造和移动赋值。

但是移动构造和移动赋值会默认生成的前提条件是：

1. 没有自己实现移动构造函数，且没有实现析构函数 、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个。那么编译器会自动生成一个默认移动构造。
2. 如果你没有自己实现移动赋值重载函数，且没有实现析构函数 、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个，那么编译器会自动生成一个默认移动赋值。

默认生成的移动构造（移动赋值），对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，对于自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动构造（移动赋值），如果实现了就调用移动构造（移动赋值），没有实现就调用拷贝构造（拷贝赋值）。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
#include 

namespace my
{
	class string
	{
	public:
		void swap(string& s)
		{
			std::swap(_str, s._str);
			std::swap(_size, s._size);
			std::swap(_capacity, s._capacity);
		}

		string(const char* str = "")
			: _size(strlen(str)), _capacity(_size)
		{
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}

		// 拷贝构造
		string(const string& s)
			: _str(nullptr)
		{
			std::cout << "string(const strng& s) -- 深拷贝" << std::endl;
			string tmp(s._str);
			swap(tmp);
		}

		// 拷贝赋值
		string& operator=(const string& s)
		{
			std::cout << "string& operator=(const string& s) -- 深拷贝" << std::endl;
			string tmp(s);
			swap(tmp);
			return *this;
		}

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

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

		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}

	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	};

	string to_string(int val)
	{
		// 为了省事此处直接调用std::to_string实现
		std::string str;
		str = std::to_string(val);
		string res(str.c_str());
		return res;
	}
}

int main()
{
	my::string str1("hello world 1");

	my::string str2(str1);
	my::string str3 = str2;

	my::string str4(std::move(my::string("1234")));
	my::string str5 = my::to_string(1234);
}

五、完美转发

模板中的&&是万能引用，其既能接收左值又能接收右值。

模板的万能引用只是提供了能够接收同时接收左值引用和右值引用的能力，但是引用类型的唯一作用就是限制了接收的类型，后续使用中都退化成了左值，我们希望能够在传递过程中保持它的左值或者右值的属性, 就出现了完美转发概念。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include 
using namespace std;

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;
}

上述代码的运行结果全部是左值，因为万能模板在接收参数之后的使用过程中参数全部退化成了左值，这时我们需要使用 std::forward 完美转发在传参的过程中保留对象原生类型属性。

// std::forward(t)在传参的过程中保持了t的原生类型属性。
template
void PerfectForward(T&& t)
{
    Fun(std::forward(t));
}

// 完美转发的实际应用
#include 

template
struct ListNode
{
	ListNode* next = nullptr;
	ListNode* prev = nullptr;
	T data;
};

template
class List
{
	typedef ListNode Node;
public:
	List()
	{
		_head = new Node;
		_head->next = _head;
		_head->prev = _head;
	}

	void PushBack(T&& x)
	{
		Insert(_head, std::forward(x));
	}

	void PushFront(T&& x)
	{
		Insert(_head->next, std::forward(x));
	}

	void Insert(Node* pos, T&& x)
	{
		Node* newNode = new Node;
		newNode->data = std::forward(x);	 // 关键位置

		Node* prev = pos->prev;
		prev->next = newNode;
		newNode->prev = prev;
		newNode->next = pos;
		pos->prev = newNode;
	}

	void Inset(Node* pos, const T& x)
	{
		Node* newNode = new Node;
		newNode->data = x;	// 关键位置

		Node* prev = pos->prev;
		prev->next = newNode;
		newNode->prev = prev;
		newNode->next = pos;
		pos->prev = newNode;
	}

private:
	Node* _head = nullptr;
};

int main()
{
	List lt;
	lt.PushBack("11111");
	lt.PushFront("2222");

   	return 0;
}