大纲
- 基本定义
- 值类型
- 左值引用
- 非常量左值引用
- 常量左值引用
- 右值引用
- 总结
在C++中，函数参数主要有两种方式：值类型和引用类型。其中引用类型又分为：左值引用和C++11引入的右值引用。下面我们分别对其进行介绍。
基本定义
要弄清楚这些概念，我们先要知道什么是左值，什么是右值。
- 左值是指在内存中有确定存储地址的对象，可以在表达式中出现在赋值操作符的左侧。
- 右值是指在表达式中没有持久存储地址的临时对象，通常出现在赋值操作符的右侧。
比如下面的代码中，a是左值，10是右值。
int a = 10;
值类型
值类型是最基本的参数类型。
在函数被调用时：
- 如果实参是左值，它就会被复制一份到形参中（调用复制构造函数）。这意味着在函数体内对形参的任何修改都不会影响到实参本身。值传递适用于基本数据类型（如int, float等）和对象的小型拷贝开销可以接受的情况。
- 如果实参是右值引用，则右值引用的对象会触发形参的移动构造函数。这减少了不必要的资源分配和释放，提高了性能。
我们设计了一个Custom类，它会在各个构造函数中打印this指针的值和相关标记信息，用于辅助我们查看和分析后续研究代码。
class Custom {
public:
Custom(int value) : value(value) {
std::cout << "Constructor Custom(" << value << "). this = " << this << std::endl;
}
Custom(const Custom& custom) : value(custom.value) {
std::cout << "Copy constructor Custom(" << custom.value << "). this = " << this << " from " << &custom << std::endl;
}
Custom& operator=(const Custom& custom) {
value = custom.value;
std::cout << "Copy assignment operator Custom(" << custom.value << "). this = " << this << " from " << &custom << std::endl;
return *this;
}
Custom(Custom&& custom) : value(custom.value) {
std::cout << "Move constructor Custom(" << custom.value << "). this = " << this << " from " << &custom << std::endl;
custom.value = 0;
}
Custom& operator=(Custom&& custom) {
value = custom.value;
std::cout << "Move assignment operator Custom(" << custom.value << "). this = " << this << " from " << &custom << std::endl;
return *this;
}
~Custom() {
std::cout << "Destructor Custom(" << value << "). this = " << this << std::endl;
}
friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Custom& custom) {
os << custom.value;
return os;
}
public:
int get_value() const {
return value;
}
void set_value(int value) {
this->value = value;
}
private:
int value;
};
下面的函数func的参数是值类型。
void func(Custom custom) {
std::cout << "func(Custom custom) custom = " << custom << " from " << &custom << std::endl;
}
然后分别给func传入左值和右值，观察其执行过程。
int main(int argc, char* argv[]) {
Custom custom(1);
std::cout << "build custom in main" << std::endl;
std::cout << "call func(custom)" << std::endl;
func(custom);
std::cout << "call func(std::move(custom))" << std::endl;
func(std::move(custom));
std::cout << "main end" << std::endl;
return 0;
}
可以看到给值类型传入左值，会触发拷贝构造函数（过程2）;给值类型传入右值引用，会触发移动构造函数（过程3）。
左值引用
左值引用（Lvalue Reference）是C++中的一种引用类型，用于引用一个左值（Lvalue）。左值引用的语法是使用单个 & 符号。
非常量左值引用
如果函数的参数是左值引用，这意味着函数直接操作的是原变量的内存地址，因此对形参的修改会反映到实参上。使用左值引用可以避免大型对象或结构体的复制开销，提高效率。
void func(Custom& custom) {
std::cout << "func(Custom custom) custom = " << custom << " from " << &custom << std::endl;
}
int main(int argc, char* argv[]) {
Custom custom(1);
Custom& custom2 = custom;
const Custom& custom3 = custom;
func(custom);
func(custom2);
// func(custom3); // error
// func(std::move(custom)); // error: cannot bind non-const lvalue reference of type 'Custom&' to an rvalue of type 'Custom'
std::cout << "main custom = " << custom << " from " << &custom << std::endl;
return 0;
}
需要注意的是：非常量左值引用（T&）只能绑定到左值，不能绑定到右值。
常量左值引用
有些时候，我们仅仅希望避免复制操作，而不希望函数修改原变量的值，这样我们就需要使用常量左值引用。
void func_const(const Custom& custom) {
std::cout << "func_const(const Custom& custom) custom = " << custom << " from " << &custom << std::endl;
}
int main(int argc, char* argv[]) {
Custom custom(1);
Custom& custom2 = custom;
const Custom& custom3 = custom;
func_const(custom);
func_const(custom2);
func_const(custom3);
func_const(std::move(custom)); // const lvalue reference can bind to rvalue
std::cout << "main custom = " << custom << " from " << &custom << std::endl;
return 0;
}
我们给常量左值引用形参传递值、左值引用、常量左值引用、右值引用都是可以的，其执行效果是一样的。
需要注意的是，传递右值引用并不出触发Custom的移动构造函数执行。我们不要被std::move这个函数名给骗了，它不会进行任何的“移动”操作。它只是将一个左值/右值强制转换成右值。
constexpr typename std::remove_reference<_Tp>::type&&
move(_Tp&& __t) noexcept
{ return static_cast<typename std::remove_reference<_Tp>::type&&>(__t); }
右值引用
右值引用（Rvalue Reference）是C++11引入的一种引用类型，用于引用一个右值（Rvalue）。右值引用的语法是使用双 && 符号。
右值引用通常与移动语义结合使用，用于优化资源的转移，如动态分配的内存、文件句柄等。通过右值引用传递，我们可以避免在函数调用中不必要的资源复制，而是直接“移动”资源给函数内的变量。
void func(Custom&& custom) {
std::cout << "func(Custom custom) custom = " << custom << " from " << &custom << std::endl;
}
void func_const(const Custom&& custom) {
std::cout << "func(Custom custom) custom = " << custom << " from " << &custom << std::endl;
}
int main(int argc, char* argv[]) {
Custom custom(1);
Custom& custom2 = custom;
const Custom& custom3 = custom;
// func(custom); // error: cannot bind rvalue reference of type 'Custom&&' to lvalue of type 'Custom'
// func(custom2); // error
// func(custom3); // error
func(std::move(custom));
// func_const(custom); // error: cannot bind rvalue reference of type 'const Custom&&' to lvalue of type 'Custom'
// func_const(custom2); // error
// func_const(custom3); // error
func_const(std::move(custom));
std::cout << "main end" << std::endl;
return 0;
}
右值引用形参只能接受右值引用实参。
总结
- 当右值引用需要做复制操作时，会触发移动构造函数。
- 值类型形参会触发复制操作，而引用类型不会触发复制操作。所以如果希望触发移动构造函数，需要将参数形参设计为值类型。
