C++右值引用

左值、右值

1 左值是表达式结束后依然存在的持久对象。

2 右值是表达式结束后不再存在的临时对象。

简单来说，能取地址的是左值，否则就是右值。

右值引用的意义

实现移动语义和完美转发。

移动语义：可以用廉价的移动操作来代替昂贵的拷贝操作。

完美转发：将实参转发到其他的函数，使目标函数接收到的实参与被传递给转发函数的实参保持一致。

移动语义

C++11的右值引用和std::move可以实现移动语义，通过减少拷贝操作提升效率。

class A{

public:
    A(): size(0), data(nullptr){}
    A(size_t size): size(size){
        data = new int[size];
    }

    A(const A& rhs){
        size = rhs.size;
        data = new int[size];
        for(int i=0; i<size; ++i){
            data[i] = rhs.data[i];
        }
        cout << "Copy constructor" << endl;
    }

    A& operator=(const A& rhs){

        if(this == &rhs){
            return *this;
        }

        delete[] data;

        size = rhs.size;
        data = new int[size];
        for(int i=0; i<size; ++i){
            data[i] = rhs.data[i];
        }
        cout << "Copy assignment" << endl;
        return *this;
    }


    ~A(){
        delete[] data;
    }

private:
    int *data;
    size_t size;
};

对于上面的类来说，无论是拷贝构造还是拷贝赋值，都需要将源数据一一拷贝，但是如果源数据在拷贝之后就不需要了，我们直接把源数据拿过来不是省事多了吗？对此我们只需要修改一下指针地址即可，在代码中加入下面的移动构造函数。

A(A&& rhs){
    data = rhs.data;
    size = rhs.size;
    rhs.size = 0;
    rhs.data = nullptr;
    cout << "Move constructor" << endl;
}

于是通过std::move将源数据转化为右值后就会调用相应的移动构造函数。

int main(){
    A a1 = A(10);
    A a2(std::move(a1));
}

完美转发

首先看第一个例子：

#include<iostream>
using namespace std;

int main(){
    int x = 5;
    int& left = x;
    int&& right = std::move(x);
    //cout << &left << endl << &right << endl;
}

在上面的代码中，被声明的左值引用和右值引用都是左值，是可以输出它们的地址的。

然后看二个例子：

#include<iostream>
using namespace std;

void func(int& x){
    cout << "左值" <<endl;
}

void func(int&& x){
    cout << "右值" <<endl;
}

void test(int&& x){
    func(x);
}

int main(){
    test(5);
}

在上面的代码中，最后的输出是左值，虽然传给 test 函数的是一个右值，然而在调用 func 时，使用的是 x，参数有了名称，联系第一个例子，此时 x 是一个左值。

如果想要最后的输出是右值，需要使用 std::forward，而 std::forward 中涉及到了引用折叠。

引用折叠

对于T&、T&&来说，其引用类型未定，可能是左值引用，也可能是右值引用，需要视传入的实参而定。

T&	&	T&	左值引用的左值引用折叠为左值引用
T&	&&	T&	右值引用的左值引用折叠为左值引用
T&&	&	T&	左值引用的右值引用折叠为左值引用
T&&	&&	T&&	右值引用的右值引用折叠为右值引用

简而言之，只有两者均为右值引用时，最后的引用类型才为右值引用，否则均为左值引用。

源码分析

 remove_reference 源码

template<typename _Tp>
struct remove_reference
{ typedef _Tp   type; };
 
// 特化版本
template<typename _Tp>
struct remove_reference<_Tp&>
{ typedef _Tp   type; };
 
template<typename _Tp>
struct remove_reference<_Tp&&>
{ typedef _Tp   type; };

std::forward 源码

template<typename _Tp>
constexpr _Tp&&
forward(typename std::remove_reference<_Tp>::type& __t) noexcept
{ return static_cast<_Tp&&>(__t); }

根据上述源码，首先通过remove_reference获取 _Tp 的类型 type，然后声明左值引用变量 __t 。

根据 _Tp 的不同，_Tp 会发生引用折叠：

1. 当 _Tp 为左值引用时，_Tp折叠为左值引用。
2. 当 _Tp 为右值引用时，_Tp折叠为右值引用。

可以发现当 std::forward 的输入是左值引用时，输出也是左值引用；输入是右值引用时，输出也是右值引用。

在下面的代码中，使用了 std::forward 之后就会输出右值。

#include<iostream>
using namespace std;

void func(int& x){
    cout << "左值" <<endl;
}

void func(int&& x){
    cout << "右值" <<endl;
}

void test(int&& x){
    func(std::forward<int>(x));
}

int main(){
    test(5);
}

　　

std::move 和 std::forward 的区别

1. std::move 不移动（move）任何东西，也不保证它执行转换的对象可以被移动，它只执行到右值的无条件的转换。
2. std::forward也不转发（forward）任何东西，只有当它的参数被绑定到一个右值时，才将参数转换为右值。
3. 一个是无条件的，另一个是有条件的，所以有不同的应用场景。

References：

1. 一文带你详细介绍c++中的std::move函数
2. C++ 理解std::forward完美转发
3. 一文读懂C++右值引用和std::move
4. 第5章 右值引用，移动语义，完美转发