C++ 右值引用 std::move和std::forward的使用

前言

右值引用，std::move(移动语义)和std::forward(完美转发)都是C++11里面的特性。
使用右值引用和移动语义，可以避免无谓的复制，提供了程序性能。

右值引用

在说明右值引用之前，先说下什么是左值，什么是右值。 左值是表达式结束后仍然存在的持久对象，右值是指表达式结束时就不存在的临时对象。
区分左值和右值的便捷方法是看能不能对表达式取地址，如果能则为左值，否则为右值；
将亡值是C++11新增的、与右值引用相关的表达式，比如：将要被移动的对象、T&&函数返回的值、std::move返回值和转换成T&&的类型的转换函数返回值。
C++11中的所有的值必将属于左值、将亡值、纯右值三者之一，将亡值和纯右值都属于右值。

&&的作用

右值引用就是对一个右值进行引用的类型。因为右值没有名字，所以我们只能通过引用的方式找到它。无论声明左值引用还是右值引用都必须立即进行初始化，因为引用类型本身并不拥有所把绑定对象的内
存，只是该对象的一个别名。
通过右值引用的声明，该右值又“重获新生”，其生命周期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。
在这里先提一下，具有T&&val,不一定是右值引用，也可能是左值引用，具体要看val是什么值，如果val是一个左值，那么就是一个左值引用，如果是一个右值，那就是一个右值引用。这点非常让人迷糊，后面使用代码在进行说明，这里先记一下

move语义

我们知道移动语义是通过右值引用来匹配临时值的，那么，普通的左值是否也能借组移动语义来优化性能呢？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。move是将对象的状态或者所有权从一个对象转移到另一个对象，只是转义，没有内存拷贝。

移动构造和拷贝构造

下面以类的拷贝构造和移动构造函数来说明右值引用和std::move的作用

#include 
#include 
using namespace std;
class MyString {
public:
	MyString() {
		std::cout << "无参构造函数" << std::endl;
	}
	MyString(const string& ptr) :m_ptr(new string(ptr)) {
		std::cout << "有参构造函数" << std::endl;
	}
	//由于是指针，拷贝的时候需要做深拷贝，如果做浅拷贝的话，会释放2次，会导致异常发生
	MyString(const MyString& m_str) {
		if (m_str.m_ptr) {//做一个非空判断，保证安全
			m_ptr = new string(*m_str.m_ptr);
		}
		std::cout << "拷贝构造函数" << std::endl;
	}

	MyString& operator=(const MyString& other) {
		if (&other != this)//如果不是自生，做赋值操作
		{
			if (m_ptr) { //防止赋值之前已经存在资源，如果不释放就会造成内存泄漏
				delete m_ptr;
				std::cout << "copy operator= delete" << std::endl;
			}
			m_ptr = nullptr;
			if (other.m_ptr) //如果传递的为nullptr，
			{
				m_ptr = new string(*other.m_ptr);//也可能出现问题，这里不考虑，假如new失败了，m_ptr就不能返回之前的状态了。
			}
			std::cout << "拷贝赋值函数" << std::endl;
		}
		return *this;
	}
	//与拷贝构造的区别，参数不能使用const，因为参数会进行移动
	//使用的是浅拷贝，直接把之前的资源拿过来，而不是去做真正的内存开辟操作
	//使用 noexcept 修饰 是为了提供强异常保证，
	//即在移动过程中即使发生异常（资源也能够恢复为之前的状态）,也能保证程序的正确性。
	MyString(MyString&& m_str) noexcept :m_ptr(m_str.m_ptr) {
		m_str.m_ptr = nullptr;//移动资源过后，设置为nullptr,不然会导致多次调用析构的delete
		std::cout << "移动构造函数" << std::endl;
	}

	MyString& operator=(MyString&& other) noexcept {
		if (&other != this)//如果不是自己，做赋值操作
		{
			if (m_ptr) { //防止赋值之前已经存在资源，如果不释放就会造成内存泄漏
				delete m_ptr;
				std::cout << "move operator= delete" << std::endl;
			}
			m_ptr = other.m_ptr;
			other.m_ptr = nullptr;//移动资源过后，设置为nullptr,不然会导致多次调用析构的delete
			std::cout << "移动赋值函数" << std::endl;
		}
		return *this;
	}

	~MyString() {
		if (m_ptr)
		{
			std::cout << "delete ptr:" << m_ptr << std::endl;
			delete m_ptr;
		}
		m_ptr = nullptr;
		std::cout << "~Mystring" << std::endl;
	}
private:
	std::string* m_ptr = nullptr;//提前设置为nullptr,防止指针生成一个随机值，释放一个无效指针报错
};
int main{
	{
	MyString a,b;//调用2次无参构造函数
	
	//先调用有参构造构造出MyString("Hello")临时对象--->会分配一次内存
	//由于MyString("Hello") 返回的对象是一个将亡值（右值），随后通过这个右值赋值给a后调用移动赋值
	//赋值完成之后，MyString("Hello")临时对象生命周期也结束了，自然会调用析构函数，
	//但是里面的new出来的指针对象会移动到a对象中，因此指针的内容是不会被释放的。
	a = MyString("Hello");//有参构造->移动赋值->析构函数(不会释放资源)
	
	//由于a是一个左值，不会有任何释放操作，仅仅调用拷贝构造函数（会分配内存）a和d都需要释放内存
	MyString d = a;//拷贝构造
	b = std::move(a);//移动赋值
	b = a; //拷贝赋值函数
}

在上面的代码里，构造了一个MyString类，里面有一个string类型的指针，同时这个类具有构造，析构，拷贝构造，拷贝赋值，移动构造，移动赋值函数。
在使用的时候，如果使用了移动赋值和移动构造，不会new对象，生成一个新的对象，而是把别人的资源给抢占过来，供自己使用，但是如果使用拷贝构造和拷贝赋值的时候，会为string类型的指针开辟一个空间，然后将内容复制过来。也就是深拷贝，在使用std::move的时候可以将左值a变为右值，从而节约了拷贝的开销，这在类中具有大数据结构的时候是非常有必要的。因此右值和move语义在开发中是不可缺少的

forward 完美转发

在说明完美转发之前，我们先用一段测试代码来说明其作用。

#include 

template<class T>
void print(T& t)
{
	std::cout << "L:" << t << std::endl;
}
template<class T>
void print(T&& t)
{
	std::cout << "R:" << t << std::endl;
}

/// 

/// 注意，&&引用类型即可以时左值引用，也可以是右值引用
/// 引用之后，val值就变成了一个左值（需要注意）
/// 
/// 
/// 
template<class T>
void func(T&& val)
{
	print(val);//左
	print(std::move(val));//右
	print(std::forward<T>(val));//保持val的左值或者右值属性
}
int main {
	//a是一个右值引用，但其本身a也有内存名字，所以a变成了一个左值
	int&& a = 10;//虽然使用了&&，不要误认为a就是右值了，a这时候是一个左值了
	//int&& b = a;//由于a是左值，不能使用右值引用去引用左值了。
	int& c = a;//a是左值，可以使用左值引用去引用。
	std::cout << "func(1)" << std::endl;
	func(1);//1是右值，执行fun过后之后，变成：左，右，右
	int x = 10;
	int y = 20;
	std::cout << "func(x)" << std::endl;
	func(x);//x是左值，执行fun过后之后，变成：左，右，左
	std::cout << "func(std::forwardy)" << std::endl;
	func(std::forward<int>(y));//std::forward(y)会将左值转换为右值，执行fun过后之后，变成：左，右，右
}

当传递右值1的时候，func（1）的输出为左，右，右，这就很奇怪了，明明传递了一个右值 ，为啥经过模板函数template func(T && val)，val就变成了左值？，是否有什么办法完美转发这个属性呢？
对于下面这个模板函数

Template<class T> void func(T &&val);

前面有提到过，对于 &&类型，既可以是一个左值引用，也可以是一个右值引用，具体要看val是什么值，在这里val其实是一个左值,而不是一个右值，即使我们传递了一个1。 对于下面代码：

int &&a = 10;
int &&b = a; //错误,a是一个左值，不能用一个右值引用去存储

a是一个右值引用，但其本身a也有内存名字，所以a本身是一个左值，再用右值引用引用a这
是不对的。
那么有什么办法可以让这个1识别为一个右值呢，那就是使用std::forward完美转发，调用func(1),然后在调用print(std::forward(val))，就知道std::forward完美转发了其属性（如果传递的是右值，那么就会保持右值得属性，如果传递得是左值，就会保持左值的属性）。
在main函数里func(std::forward(y));这里y是一个左值，但是使用std::forward(y)变成了右值，这里需要注意以下，这时候std::forward和std::move一样了。

总结

右值引用和move语义结合起来，能够很好的实现移动语义，具体的move语义将一个左值变成一个右值，右值引用实现了移动语义，完美转发std::forward在函数调用时，能够保持变量的本来属性。但是std::forward在同一个函数调用时，会将左值变成一个右值，这跟std::move是一样的。