目录
一、左值 vs 右值
二、左值引用vs 右值引用
三、右值引用使用场景和意义
1. 左值引用的使用场景
2. 左值引用的短板
3. 右值引用和移动语义解决上述问题
四、右值引用引用左值的使用场景
五、完美转发
1. 模板中的&& 万能引用
2. std::forward 完美转发在传参的过程中保留对象原生类型属性
3. 完美转发实际中的使用场景
一、左值 vs 右值
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，可以对它赋值，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。
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;
return 0;
}
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，传值返回函数的返回值(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。
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);
//这里编译会报错（右值不能出现在赋值符号的左边）
//10 = 1;
//x + y = 1;
//fmin(x, y) = 1;
return 0;
}
二、左值引用vs 右值引用
传统的C++语法中就有引用的语法，而C++11中新增了右值引用的语法特性，为了进行区分，于是将C++11之前的引用就叫做左值引用。但是无论左值引用还是右值引用，本质都是给对象取别名。
左值引用：简单的来说就是给左值取别名；
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;//c是const左值，只能取地址，不能修改值，在对其左值引用时，涉及到权限的放大，需要加上const
int& pvalue = *p;
return 0;
}右值引用：简单的来说就是给右值取别名；
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);
return 0;
}需要注意的是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，是不是感觉很神奇，这个了解一下实际中右值引用的使用场景并不在于此，这个特性也不重要。
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;
}左值引用可以引用右值吗？
- 左值引用不能引用右值，因为这涉及权限放大的问题，右值是不能被修改的，而左值引用是可以修改。
- 但是const左值引用可以引用右值，因为const左值引用能够保证被引用的数据不会被修改。
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;
}右值引用可以引用左值吗？
- 右值引用只能引用右值，不能引用左值。
- 但是右值引用可以引用move以后的左值。
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;
}小贴士（重要）： const 左值引用既可以接收左值也可以接收右值，这里面就存在一个属性的转变，看下面的代码。
int main()
{
int a = 10;
//const 左值引用既可以接收左值也可以接收右值
//对于rb来说，它接收的右值，但是rb是左值属性，这里面就存在一个属性的转变
const int& ra = a;
const int& rb = move(a);
return 0;
}三、右值引用使用场景和意义
前面我们可以看到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？下面我们来看看左值引用的短板，右值引用是如何补齐这个短板的！ 我们给出模拟实现的string的代码
namespace mlg
{
class string
{
public:
typedef char* iterator;
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return _str + _size;
}
//构造函数
string(const char* str = "")
{
_size = strlen(str);
_capacity = _size;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}
//交换两个对象的数据 s1.swap(s2)
void swap(string& s)
{
//调用库里的swap
::swap(_str, s._str);
::swap(_size, s._size);
::swap(_capacity, s._capacity);
}
//拷贝构造函数（现代写法）
string(const string& s)
:_str(nullptr)
, _size(0)
, _capacity(0)
{
cout << "string(const string& s) -- 拷贝深拷贝" << endl;
string tmp(s._str);
swap(tmp);
}
//赋值运算符重载（现代写法）
string& operator=(const string& s)
{
cout << "string& operator=(const string& s) -- 赋值深拷贝" << endl;
string tmp(s);
swap(tmp);
return *this; //返回左值（支持连续赋值）
}
//析构函数
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = 0;
_capacity = 0;
}
//[]运算符重载
char& operator[](size_t i)
{
assert(i < _size);
return _str[i];
}
//改变容量，大小不变
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n + 1];
strncpy(tmp, _str, _size + 1);
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
//尾插字符
void push_back(char ch)
{
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
_str[_size] = ch;
_str[_size + 1] = '\0';
_size++;
}
//+=运算符重载
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
//返回C类型的字符串
const char* c_str()const
{
return _str;
}
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
}
1. 左值引用的使用场景
- 左值引用做参数，防止传参时进行拷贝操作。
- 左值引用做返回值，防止返回时对返回对象进行拷贝操作。
void func1(mlg::string s2)
{}
void func2(const bit::string& s3)
{}
int main()
{
mlg::string s1("hello world");
// func1和func2的调用我们可以看到左值引用做参数减少了拷贝，提高效率的使用场景和价值
func1(s1); //值传参
func2(s1); //左值引用传参
s1 += '!'; //左值引用返回
return 0;
}首先，s1会调用构造函数进行初始化；
- 调用func1时，因为是传值传参，所以s1会先去调用拷贝构造函数进行深拷贝给s2；
- 调用func2时，因为是左值引用传参，所以s3就是s1的别名，不会进行深拷贝；
- 执行 += 的时候，会调用重载的+=，因为operator+=()的返回值是左值引用返回，并且内部返回的是*this，出了作用域不会销毁，利用左值引用返回，就不会发生深拷贝；但是如果你更改成值返回，会调用一次深拷贝；
可以发现左值引用提高了效率；
2. 左值引用的短板
左值引用虽然能避免不必要的拷贝操作，但左值引用并不能完全避免。
- 左值引用做参数，能够完全避免传参时不必要的拷贝操作。
- 左值引用做返回值，并不能完全避免函数返回对象时不必要的拷贝操作。
如果函数返回的对象是一个局部变量，该变量出了函数作用域就被销毁了，这种情况下不能用左值引用作为返回值，只能以传值的方式返回，这就是左值引用的短板。
例如：如果实现一个 to_string(int value) 函数，它只能使用传值返回，传值返回会导致至少1次拷贝构造
namespace mlg
{
mlg::string to_string(int value)
{
string str;
while(value){
int val = value % 10;
value /= 10;
str += (val + '0');
}
std::reverse(str.begin(), str.end());
return str;
}
}
此时调用to_string函数返回时，就一定会调用string的拷贝构造函数。C++11提出右值引用就是为了解决左值引用的这个短板的，但解决方式并不是简单的将右值引用作为函数的返回值。
3. 右值引用和移动语义解决上述问题
在mlg::string中增加移动构造函数，移动构造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。
namespace mlg
{
class string
{
public:
//移动构造
string(string&& s)
:_str(nullptr)
, _size(0)
, _capacity(0)
{
cout << "string(string&& s) -- 移动构造" << endl;
swap(s);
}
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
}
再运行上面mg::to_string的两个调用，我们会发现，这里没有调用深拷贝的拷贝构造，而是调用了移动构造，移动构造中没有新开空间，拷贝数据，所以效率提高了。
mlg::string str = mlg::to_string(1234); // 运行结果： // string(string&& s) -- 移动构造移动构造和拷贝构造的区别：
- 在没有增加移动构造的时候，由于拷贝构造采用的是const左值引用接收参数，因此无论传入的是左值还是右值，都会调用拷贝构造函数。
- 增加移动构造之后，由于移动构造采用的是右值引用接收参数，因此如果拷贝构造对象时传入的是右值，那么就会调用移动构造函数（最匹配原则）。
- string的拷贝构造函数做的是深拷贝，而移动构造函数中只需要调用swap函数进行资源的转移，因此调用移动构造的代价比调用拷贝构造的代价小。
注：
- 虽然to_string当中返回的局部string对象是一个左值，但由于该string对象在当前函数调用结束后就会立即被销毁，我们把这种即将被销毁的值叫做“将亡值”，比如匿名对象也可以叫做“将亡值”。
- 既然“将亡值”马上就要被销毁了，那还不如把它的资源转移给别人用，因此编译器在识别这种“将亡值”时会将其识别为右值，这样就可以匹配到参数类型为右值引用的移动构造函数。
不仅仅有移动构造，还有移动赋值：
namespace mlg { class string { public: //移动赋值 string& operator=(string&& s) { cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动赋值" << endl; swap(s); return *this; } private: char* _str; size_t _size; size_t _capacity; }; }在mlg::string类中增加移动赋值函数，再去调用mlg::to_string(1234)，不过这次是将mlg::to_string(1234)返回的右值对象赋值给ret1对象，这时调用的是移动赋值。mlg::string str; str = mlg::to_string(1234); // 运行结果： // string(string&& s) -- 移动构造 // string& operator=(string&& s) -- 移动赋值这里运行后，我们看到调用了一次移动构造和一次移动赋值。因为如果是用一个已经存在的对象接收，编译器就没办法优化了。mlg::to_string函数中会先用str生成构造生成一个临时对象，但是我们可以看到，编译器很聪明的在这里把str识别成了右值，调用了移动构造。然后在把这个临时对象做为mlg::to_string函数调用的返回值赋值给str，这里调用的移动赋值。移动赋值和原有operator=函数的区别：
- 在没有增加移动赋值之前，由于原有operator=函数采用的是const左值引用接收参数，因此无论赋值时传入的是左值还是右值，都会调用原有的operator=函数。
- 增加移动赋值之后，由于移动赋值采用的是右值引用接收参数，因此如果赋值时传入的是右值，那么就会调用移动赋值函数（最匹配原则）。
- string原有的operator=函数做的是深拷贝，而移动赋值函数中只需要调用swap函数进行资源的转移，因此调用移动赋值的代价比调用原有operator=的代价小。
C++11标准出来之后，STL中的容器都增加了移动构造和移动赋值。
四、右值引用引用左值的使用场景
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？因为：有些场景下，可能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。C++11中，std::move()函数位于 头文件中，该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。
template<class _Ty>
inline typename remove_reference<_Ty>::type&& move(_Ty&& _Arg) _NOEXCEPT
{
//forward _Arg as movable
return ((typename remove_reference<_Ty>::type&&)_Arg);
}
int main()
{
mlg::string s1("hello world");
// 这里s1是左值，调用的是拷贝构造
mlg::string s2(s1);
// 这里我们把s1 move处理以后, 会被当成右值，调用移动构造
// 但是这里要注意，一般是不要这样用的，因为我们会发现s1的
// 资源被转移给了s3，s1被置空了。
mlg::string s3(std::move(s1));
return 0;
}五、完美转发
1. 模板中的&& 万能引用
模板中的&&不代表右值引用，而是万能引用，其既能接收左值又能接收右值。比如：
template<class T>
void PerfectForward(T&& t)
{
//...
}
右值引用和万能引用的区别就是，右值引用需要是确定的类型，而万能引用是根据传入实参的类型进行推导，如果传入的实参是一个左值，那么这里的形参t就是左值引用，如果传入的实参是一个右值，那么这里的形参t就是右值引用。
下面重载了四个Func函数，这四个Func函数的参数类型分别是左值引用、const左值引用、右值引用和const右值引用。在主函数中调用PerfectForward函数时分别传入左值、右值、const左值和const右值，在PerfectForward函数中再调用Func函数。如下：
void Func(int& x){ cout << "左值引用" << endl; }
void Func(const int& x){ cout << "const 左值引用" << endl; }
void Func(int&& x){ cout << "右值引用" << endl; }
void Func(const int&& x){ cout << "const 右值引用" << endl; }
template<class T>
void PerfectForward(T&& t)
{
Func(t);
}
int main()
{
PerfectForward(10); //左值
int a;
PerfectForward(a); //左值
PerfectForward(move(a)); //右值
const int b = 8;
PerfectForward(b); //const 左值
PerfectForward(move(b)); //const 右值
return 0;
}
我们发现，打印的结果全部都是左值，和我们预期并不相同，这是因为右值经过一次参数传递后其属性会退化成左值，如果想要在这个过程中保持右值的属性，就需要用到完美转发。
2. std::forward 完美转发在传参的过程中保留对象原生类型属性
要想在参数传递过程中保持其原有的属性，需要在传参时调用forward函数。比如：
void Func(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Func(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Func(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Func(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }
template<class T>
void PerfectForward(T&& t)
{
Func(std::forward<T>(t));//完美转发
}
int main()
{
PerfectForward(10); //左值
int a;
PerfectForward(a); //左值
PerfectForward(move(a)); //右值
const int b = 8;
PerfectForward(b); //const 左值
PerfectForward(move(b)); //const 右值
return 0;
}经过完美转发后，调用PerfectForward函数时传入的是右值就会匹配到右值引用版本的Func函数，传入的是const右值就会匹配到const右值引用版本的Func函数，这就是完美转发的价值。
3. 完美转发实际中的使用场景
namespace mlg
{
template<class T>
struct ListNode
{
T _data;
ListNode* _next = nullptr;
ListNode* _prev = nullptr;
};
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> node;
public:
//构造函数
list()
{
_head = new node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
//左值引用版本的push_back
void push_back(const T& x)
{
insert(_head, x);
}
//右值引用版本的push_back
void push_back(T&& x)
{
insert(_head, std::forward<T>(x)); //完美转发，保持属性
}
//左值引用版本的insert
void insert(node* pos, const T& x)
{
node* prev = pos->_prev;
node* newnode = new node;
newnode->_data = x;
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = pos;
pos->_prev = newnode;
}
//右值引用版本的insert
void insert(node* pos, T&& x)
{
node* prev = pos->_prev;
node* newnode = new node;
newnode->_data = std::forward<T>(x); //完美转发，保持属性
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = pos;
pos->_prev = newnode;
}
private:
node* _head; //指向链表头结点的指针
};
}
