C++ 右值引用深入理解：特性、优化与底层

news2024/10/23 1:19:31

一、左右值的概念及右值的种类

二、左值引用与右值引用

左值引用给右值取别名：

右值引用给左值取别名：

三、引用的意义及左值引用的场景

四、移动构造：

右值引用在底层里的实现：

一、左右值的概念及右值的种类

在 C++ 中，左右值的区分对于理解语言的行为至关重要。一般来说，可以取地址的是左值，不可以取地址的是右值。同时，被 const 修饰的通常也被视为左值。

右值主要包括以下几种类型：

常量，例如 10，它们在程序运行期间具有固定的值，且通常存储在只读内存区域。
临时对象，如 string("1111")，这些对象是在表达式中临时创建的，通常在包含它们的完整表达式结束后就可能被销毁。
匿名对象，例如 string("666")，没有名字的对象，同样也是临时创建的，生命周期较短。

	//右值
	10;//常量
	string("1111");//临时对象
	string("666");//匿名对象

二、左值引用与右值引用

左值引用给右值取别名：
- 不能直接用左值引用给右值取别名，但是使用 const 左值引用是可以的。这是因为 const 左值引用可以绑定到临时对象，确保在引用期间不会修改这个临时对象。例如 const int& a = 10;，这里 a 是一个常量引用，绑定到了右值 10。
右值引用给左值取别名：
- 不能直接用右值引用给左值取别名，但是可以通过 std::move 将左值转换为右值后，再用右值引用进行引用。例如 int c = 100; int&& b = move(c); 和 int&& d = (int&&)c;。
- std::move 的作用是将左值转换为右值，本质上类似于强制类型转换。在底层实现中，无论是左值引用还是右值引用，实际上都是指针的形式，这也说明了在底层并没有真正的 “引用” 概念，而 move 更多的是在语法层面上进行类型转换。

int c = 100;
const int& a = 10;
int&& b = move(c);
int&& d = (int&&)c;

move:将左值转化为右值，本质等同于强转，所以上面的b与d没区别

move的讲解：move - C++ Reference (cplusplus.com)

三、引用的意义及左值引用的场景

引用在 C++ 中有重要的意义，主要是减少拷贝操作，提高程序的性能。

左值引用主要解决的场景包括引用传参和引用传返回值。通过引用传参，可以避免不必要的对象拷贝，特别是对于大型对象，这种方式可以显著提高程序的效率。在函数返回值时，如果返回左值引用，可以避免返回对象时的拷贝构造，直接返回对象的引用，提高程序性能。

然而，左值引用在某些情况下并没有彻底解决问题。例如，当传值返回的时候，如果返回的是左值，那么只能通过拷贝构造来解决问题。但是当遇到大数据结构（如 std::list 等）的深拷贝时，会非常浪费时间，这时候右值引用的价值就体现出来了。

四、移动构造：

对于自定义类，可以定义移动构造函数来处理右值。例如对于 std::string 类，移动构造函数的形式可能是 string(string&& s)，在这个函数中，通过 swap(s) 操作，将即将消亡的右值对象的数据交换过来，避免了不必要的拷贝操作。这样做的好处是，获取要消亡的数据，把自身不需要的数据给右值对象 s，让它去销毁，而自身获取有用的数据，不再需要进行拷贝。