C++的变量限定指可以在变量类型的基础上加上特殊的限定条件,主要包括:是不是const,是不是volatile,是左值还是右值,是不是引用,是左值引用还是右值引用,等等。
1. 为什么要研究这个东西
主要是c++11以后,移动构造(左值右值的区分,std:move()接口),类型推断(模板,auto)等特性,都涉及到了这些东西,如果这些东西搞不明白,很难理解这些语法特性。
2. 如何理解这些限定
这是一个大课题,我们先用一句话概况一下:所有语法都是为了语义。这么说完你可能还是啥都没理解,首先到底语义是个啥,不要着急,后面我们会一直重复这句话,最后回头来看,你肯定会有更深的理解。
下面步入细节,先来看看编译器是如何保存这些限定的吧,编译器对每一个变量都对应一个条目,大概是这样:(只是为了举例,别较真儿)
item | 变量名 | 内存地址 | 是否const | 是否volatile | 左值还是右值 | 引用类型 |
举例 | a | 0x100001 | 是/否 | 是/否 | lvalue/rvalue | non/&/&& |
注意:
1. 变量的值可以通过内存地址读到,没写到里面
2. 其实有条目的都是左值,右值只是赋值过程中一种临时形态,但为了方便,写到里面了
这样就有了下面这张图:(相信不用解释你也能懂)
通过排列组合,我们很容易得到到底有多少种限定情况:2x2x3 + 2x2x1 = 16。(引用只能是左值,所以不是全组合)
下面就写出这16种限定看看:
50 int a = 1;
51
52 int t1 = a;
53 int &t2 = a;
54 int &&t3 = std::move(a);
55 2; //t4
56 volatile int t5 = a;
57 volatile int &t6 = a;
58 volatile int &&t7 = std::move(a);
59 std::move(t5); //t8
60 const int t9 = a;
61 const int &t10 = a;
62 const int &&t11 = std::move(a);
63 std::move(t9); //t12
64 const volatile int t13 = a;
65 const volatile int &t14 = a;
66 const volatile int &&t15 = std::move(a);
67 std::move(t13); //t16
68 // 不考虑volatile
69 int tt1 = a;
70 int &tt2 = a;
71 int &&tt3 = std::move(a);
72 2; //tt4
73 const int tt5= a;
74 const int &tt6 = a;
75 const int &&tt7 = std::move(a);
76 std::move(tt5); //tt8
77 //再不考虑const
78 int ttt1 = a;
79 int &ttt2 = a;
80 int &&ttt3 = std::move(a);
81 2; //ttt4
注意:
1. 上面也提到了,右值只是一个中间结果,所以没有右值这种类型,只有右值引用,而右值引用本身是个左值。
2. volatile是从C里面继承下来的,告诉编译器不要对其进行寄存器优化(注意,这句话就是语义),这个只有底层编程会用的,不在这里过多讨论,这样还剩下8种。
3. 如果进一步把const也忽略,那就只有4种了,它们是左值/右值,左值引用/右值引用/非引用的区别。
或许你对std::move()了解甚少,但在解释它之前,我们先来复习一下:传值与传引用
从宏观上看,程序运行的过程,就是不断复制数据的过程(=号两边,复制构造,实参传递给形参,函数返回,变量放入容器等等),类型限定也大都发生在复制的过程中,也就是你不能把某种限定的变量,复制给另一种特定类型的变量,最常见的const变量不能给non-const引用、左值引用不能绑定右值等。
好像扯远了,其实我想说的是,在数据复制过程中,首先要分清是传值还是传引用!
如果是传值,好了,你是大爷,有钱人,想出错都难。
因为新数据与源数据只是一次交易,后面就再也没关系了,源数据不会被改变,新数据的限定条件完全自己决定。
从代码上看,如果等式左边是int a = ,那右边可以是任何代表int的变量,或者可以隐式转成int的变量,所有限定条件都不影响,且只要代码编译过,基本不会出错。
28 int a = 0;
29 int b = a;
30 int c = std::move(a);
31
32 int a2 = 0;
33 int &d = a2;
34 int e = d;
35 int f = std::move(d);
36
37
38 const int a3 = 0;
39 int g = a3;
40 int h = std::move(a3);
std::move()只有在
references and cv-qualifiers,还有lvalue和rvalue的区别:
11 int a = 2;
12 const int b = a;
13 volatile int c = a;
14 int &d = a;
15 const volatile int &e = a;
16 int &&f = std::move(a);
程序运行过程,就是不断复制数据的过程,在代码中,最常见的操作就是把一个值复制给另一个值,虽然对应到内存上,都是二进制的拷贝,但在编译器中,由于各种各样的原因,还保留着这组二进制值的某些特性。那复制过程中,要不要保留这些特性呢?在没有类型推断之前,这个问题还比较简单,新的类型是要完全定义出来的,所以程序员必须要指定是否有某种限定(一般没有写,会有一个默认值,比如没有const那就是非const,没有引用,那就是值,没有写右值那就是左值等等)。但有了类型推导后,问题就复杂了,尤其是原值并不是默认值,而新值想用默认值的时候:
19 int a = 1;
20 auto &b = a; //增加引用特性,可以
21 const auto &c = a; //增加const和引用,可以
22
23 const int d = 2;
24 auto e = 2; //e是否要保留const属性?不好决策,实际上是没有
25 e++;
26 auto &f = d; //f必须保留const属性
27 // f++;
28
29 int g = 0;
30 int &h = g;
31 auto i = h;// i是否是g的引用,还是对应另一片内存?实际上对应另一片内存
32 i++;
33 cout << g << endl;
35 auto j = std::move(g);
36 // int &&k = j; j是左值不是右值
从上面的例子可以看出,auto作为类型推导时,不会保留references and cv-qualifiers,还有lvalue和rvalue。
要想保留这些属性,必须要使用decltype(auto)作为类型推导标识符:
19 int a = 1;
20 auto &b = a;
21 const auto &c = a;
22
23 const int d = 2;
24 auto e = d;
25 e++;
26 decltype(auto) e2 = d;
27 // e2++; 编译失败,保留了const属性
28 auto &f = d;
29 // f++;
30
31 int g = 0;
32 int &h = g;
33 auto i = h;
34 i++;
35 cout << g << endl; //0
36 decltype(auto) i2 = h;
37 i2++;
38 cout << g << endl; //1 保留了引用属性
39