🐱作者：一只大喵咪1201
🐱专栏：《C++学习》
🔥格言：你只管努力，剩下的交给时间！

C++11——新特性 | 右值引用 | 完美转发

👀列表初始化
- 🦴 std::initializer_list
👀新语法
- 🦴声明
- 🦴范围for循环
- 🦴STL中的一些变化
👀右值引用
- 🦴右值引用类型的左值属性
- 🦴右值引用的场景和意义
- - 移动构造
  - 移动赋值
👀完美转发
- 🦴万能引用
👀新的类功能
👀新的关键字
👀总结

C++的发展截至到目前为止，虽然版本有很多，但是C++11则带来了数量可观的变化，其中包含了约140个新特性，以及对C++03标准中约600个缺陷的修正，这使得C++11更像是从C++98/03中孕育出的一种新语言。相比较而言，C++11能更好地用于系统开发和库开发、语法更加泛华和简单化、更加稳定和安全，不仅功能更强大，而且能提升程序员的开发效率，公司实际项目开发中也用得比较多，所以我们要作为一个重点去学习。

👀列表初始化

列表：{ }就被叫做列表。

我们之前使用列表初始化都是这样的，如上图代码所示，可以使用列表来初始化数组，初始化结构体变量，初始化元素类型为结构体变量的数组等等。

C++11扩大了用大括号括起的列表(初始化列表)的使用范围，使其可用于所有的内置类型和用户自定义的类型，使用初始化列表时，可添加等号(=)，也可不添加。

可以不加等会进行初始化，如上图代码所示，但是强烈不建议使用。

不写等号列表初始化的正确用法：

正确的用法应该是在new一个对象，一个数组并且对它们进行初始化的时候使用，如上图所示。

简单写一个日期类，在构造函数中打印一句话表面构造函数被调用过。

我们一直使用的都是C++98中方式初始化，如上图代码中的第一种方式，C++11中提供的列表初始化如上图后两种方式，这些都是在调用构造函数来初始化。

这其实也很鸡肋，没有什么价值，继续使用C++98中的方式就挺好的，而且容易理解，C++11中的方式反而不太好理解了。

🦴 std::initializer_list

用初始化列表来初始化STL容器，如上图所示初始化vector，list，map等，当然等号可以去掉(强烈不建议)。

vector和list以及map等STL中的容器也可以像普通数组一样使用初始化列表来初始化了。

这是因为列表初始化本身就是一个类模板：

如上图所示，这是C++11才有的一个类型，该类型叫做列表初始化，而且还有自己的成员函数，包括构造函数，计算列表大小的接口，获取列表起始和结束位置的接口(迭代器位置)。

创建一个列表，使用typeid().name()将类型打印出来，如上图所示。

列表中不仅可以放内置类型，还可以放自定义类型，如上图所示。

列表中的自定义类型会调用它的构造函数，构造出的对象组成列表。

列表也相当于一个容器。

那么为什么可以用列表来初始化vector，list等容器呢？

C++11为这些容器提供了新的构造函数，如上图所示。

该构造函数是使用列表来初始化对象的，它的形参就是initializer_list。

vector(std::initializer_list<T> il)
{
	//列表也是存在迭代器的
	for(auto& e : il)
	{
		push_bakc(e);
	}
}

其代码实现如上。list，map等其他容器也是这个道理，都提供了一个用列表初始化的构造函数。

赋值运算符重载函数也有一个列表的重载版本，如上图所示。

可以用列表直接给vector赋值，list等其他容器也一样可以。

对于列表初始化：

省略等号的用法只建议在new对象的时候使用，其他时候要加上等号。
使用列表不仅能够初始化数结构，还可以初始化STL中的容器。

👀新语法

C++11提供了一些新语法，这一小结中本喵来介绍一下比较小的语法，很多我们都接触过甚至是使用过。

🦴声明

c++11提供了多种简化声明的方式，尤其是在使用模板时。

auto

auto能自动类型推断，要求必须进行显示初始化，让编译器将定义对象的类型设置为初始化值的类型。

这个关键字我们已经使用过很多了，这里就不再详细解释了，如：

可以自动推演出类型，使用起来非常方便。

decltype:

关键字decltype将变量的类型声明为表达式指定的类型。

使用typeid().name()只能打印出类型的名称，并不能用这个名称继续创建变量，而decltype可以：

使用decltype可以自动推演类型，并且可以用推演出的结果继续创建变量，如上图所示，对于一些不同类型直接的运算结果，decltype有奇效。

nullptr

由于C++中NULL被定义成字面量0，这样就可能回带来一些问题，因为0既能指针常量，又能表示整形常量。所以出于清晰和安全的角度考虑，C++11中新增了nullptr，用于表示空指针。

在C语言中，NULL是(void*)0，仍然是一个指针。

在C++中存在条件编译：

#ifndef NULL
#ifdef __cplusplus
#define NULL 0
#else
#define NULL  ((void*)0)
#endif
#endif

说实在的，C++中对NULL定义为0本喵觉得没有道理。

🦴范围for循环

范围for我们也一直都在使用，这是C++11提供的语法糖，使用起来非常方便，它的底层就是迭代器，只是编译器给自动替换了，本喵曾经讲解过，这里就不再详细解释了。

🦴STL中的一些变化

新容器：

红色框中的是C++11增加的新容器，个人觉得只有unordered_map和unordered_set有用，其他很鸡肋。

容器array对标的是静态数组，array也是一个静态的，也就是在栈区上的，大小是通过一个非类型模板参数确定的。

唯一的优势：可以强制检测越界。

具体的本喵在非类型模板参数一文中详细讲过。

容器forward_list是一个单链表，也很鸡肋，因为绝大部分场景双链表都可以满足要求，而且更加方便，唯一使用到单链表的地方就是哈希桶中。

它的接口后面有after，表示在指定元素的后面进行操作，比如插入到指定元素的后面。

楞要说单链表的优势，就是它比双链表少一个节点指针变量。

至于unordered_map和unordered_set，这两个容器的底层是哈希桶，虽然不能实现排序，但是可以降重。而且在查找时具有其他容器无法比拟的效率。这两个容器是非常实用的，而且也是我们经常使用的。

容器中的新方法：

使用列表构造

这一点在前面本喵就讲解过了，几乎每个容器都增加了新的接口，使用std::initializer_list类型来构造。

移动构造和移动赋值

在下面本喵讲解了右值引用就可以明白了。

emplace_xxx插入接口或者右值引用版本的插入接口。

同样在后面才能学习到。

👀右值引用

什么是右值？什么是左值？

左值：一个表示数据的表达式，如变量名或者指针解引用。
特点：可以对左值取地址 + 可以对左值赋值。

上图代码中所示的变量都属于左值，要牢记左值可以取地址这一个特性。

定义时const修饰符后的左值，不能给他赋值，但是可以取它的地址。
左值可以出现在赋值符合的左边，也可以出现在赋值符合的右边。

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，函数返回值，类型转换时的临时变量等等。
特点：右值不可以取地址，不可以赋值。

上面这些都是右值，要牢记右值特性–不能取地址不能赋值。

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。

什么是右值引用？

左值引用是给左值取别名，右值引用显而易见就是给右值取别名。

右值引用使用两个&符号。

上图代码中的rr1,rr2,rr3就是三个右值的别名，也就是右值引用。

🦴右值引用类型的左值属性

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。

对于内置类型的右值，如字面常量，一旦右值引用以后，就会被存储到特定的位置，并且可以取到该地址，而且还可以修改。

字面常量10原本是不可以被修改的，但是右值引用以后，在特定的位置开辟了变量来存放10，所以就可以被修改了。

表达式或者函数的返回值，会有一个临时变量来存放返回值，我们知道这样的临时变量具有常性，也是右值。对于这种右值引用，编译器会修改它的属性，将常性修改，并且存储在特定位置。

const类型的右值，即便开辟了变量存放该右值也是不可以被修改的，因为被const修饰了。

内置类型的右值被称为纯右值。

对于自定义类型的右值，如容器的临时变量，它确确实实会被销毁，而不会被存放。

自定义类型的右值才能体现出右值存在的意义，后面本喵会详细讲解。

自定义类型的右值被称为将亡值。

右值引用是右值的别名，它所指向的右值是不可以被修改的。
但是右值引用本身也是一种类型，并且它的属性是左值，可以取地址，可以赋值。

左值引用总结：

左值引用只能引用左值，不能引用右值
const左值引用既可以引用左值，也可以引用右值

因为右值不可修改，只有加上const的左值引用去引用右值时才不会导致权限的放大，我们之前都是用const左值引用来引用右值的。

右值引用总结：

右值引用只能引用右值，不能引用左值
右值引用可以引用move后的左值

左值经过move以后就变成了右值，如：

int a = 10;
int&& rra = move(a);

🦴右值引用的场景和意义

先自己实现一个string，只有拷贝构造函数，赋值运算符重载函数，析构函数，以及一个普通的构造函数。无论是拷贝构造还是赋值运算符重载，都会进行深拷贝，采用现代写法来实现。

左值引用的场景：

使用普通传值调用，存在一次深拷贝。

使用传拷贝调用时，不存在深拷贝，func函数直接使用main函数中的s1对象。

传值返回时，存在一次深拷贝。

传左值引用返回时，不存在深拷贝。

要知道深拷贝的代价是比较大的，深拷贝次数减少可以很大程度上提高代码的效率。

但是左值引用存在短板：

前面我们在调用to_string函数的时候，形参就是左值引用，然后再返回，main函数传过去的string对象一直存在。

此时需要拿到函数中的string对象，而且string对象是一个临时变量，此时mian函数中拿到to_string中的string对象要进行两次深拷贝。

第一次深拷贝，to_string函数返回时，会将string对象放在一个临时变量中，此时发生的深拷贝。

函数返回时，如果是内置类型等几个字节的变量，会将函数中的临时变量放在寄存器中返回，如果是自定义类型所占空间比较大，就会放在临时变量中压栈到上一级栈帧中。

第二次深拷贝，main函数中，ret接收函数返回了的string对象时会再发生一次深拷贝。

但是编译器会进行优化，将两次深拷贝优化成一次。

如上图所示，可以看到发生了一次深拷贝，即使减少了一次，但是仍然存在代价。

我们现在想让它一次拷贝都没有。

我们现在的深拷贝感受不到代价比较大，试想如果深拷贝的是一个vector<vectot<…>>，此时就代价相当大了。

函数调用使用传左值引用返回。

但是报错了，因为to_string函数中的string对象出了作用域会消失，此时传引用返回就会发生类似野指针的问题。

所以现在要解决的就是让局部的临时对象出了作用域后不消失。

移动构造

此时用右值引用就可以解决这个问题。

右值引用的价值之一：补齐临时对象不能传引用返回这个短板。

在string类中增加一个移动构造函数，如上图所示。

移动构造的形参是右值引用。

从to_string中返回的string对象是一个临时变量，具有常性，也就是我们所说的右值。

用右值来构造string对象时，会自定匹配移动构造函数。

直接使用swap拿走将亡值。

返回的临时变量是一个自定义类型的右值，也就是我们前面所说的将亡值。将亡值意味着马上就要结束生命了，所以在移动构造中，直接拿走将亡值，此时就不用发生深拷贝。

此时编译器识别到了右值ret，然后匹配了移动构造函数。

移动构造减少了深拷贝的次数，能够更大程度上的提高效率，减少代价。

to_string返回的是一个右值，用这个将亡值构建新对象时，如果没有移动构造就会匹配构造函数，因为cons 左值引用可以引用右值。
如果有移动构造就匹配移动构造。

移动赋值

将赋值和创建string对象分开写，此时编译器就不会进行优化，在赋值的时候就会调用赋值运算符重载，而不是构造函数。

可以看到，调用了一次移动构造，一次深拷贝：

to_string返回的是一个临时变量，是一个右值，所以这里匹配移动构造函数。
在赋值运算符重载中，现代写法中会调用一次拷贝构造的深拷贝，所以这两会出现深拷贝。这里显示的两次深拷贝其实只有一次。

此时用一个右值进行赋值仍然发生了深拷贝，可以采用同样的思路，被赋值对象将右值直接拿过来使用。

将to_string返回的右值对象识别到以后，匹配移动赋值运算符重载函数。
在函数中使用swap直接拿走右值去使用。

此时只调用了一次移动构造和一次移动赋值，都是直接使用右值对象，相比于深拷贝提高了很大的效率。

总结：右值引用和左值引用减少拷贝的原理不太一样。

左值引用是别名，直接在原本的对象上起作用。
右值引用是间接起作用，通过右值引用识别到右值，然后在移动构造和移动赋值中进行资源转移。

使用移动构造和移动赋值时，被转移资源的对象必须是个将亡值，负责会被销毁：

将左值对象s1通过move变成右值对象，用来构建s2，匹配的是移动构造函数，通过调试窗口可以看到，当s2被构造好时，s1就被销毁了，因为s1的资源被转移了。

可以看到，C++11的STL标准库中也提供了移动构造和移动赋值函数。

右值引用的价值之二：插入右值时可以减少深度拷贝。

简单实现一个链表，仅支持尾插。

向我们写的list中插入我们实现的string匿名对象，如上图所示。在插入过程中，多次调用了string的深拷贝。

每插入一个string对象时，就要new一个list中的节点，节点的构造函数中对string对象进行了深拷贝。

由于string对象都是匿名对象，都属于右值，所以深拷贝是完全没有必要的，最理想的状况是用移动拷贝。

在list的尾插中增加右值引用类型的接口。
在节点的构造函数中增加右值引用的构造函数。

当向list中插入string的匿名对象时，会匹配list的右值引用类型的尾插接口，在尾插接口中new一个新节点时，会匹配list_node的移动构造函数，又会使用string的移动构造函数来初始化节点。

尾插接口以及节点的构造函数中，需要使用move将右值引用的左值属性改成右值，负责会匹配普通构造函数，而不是移动构造函数。

因为右值引用类型本身是一个左值，所以需要使用move改变其属性，使其始终保持右值属性。

此时所有的插入都是使用的移动构造，相比于深拷贝，效率提升了很多。

C++11为STL库中添加了右值引用版本的尾插。

这里右值引用类的接口不能使用const修饰右值引用：

仅将尾插接口的形参改成const修饰的右值引用以后，在插入匿名对象时，调用的是string的深拷贝函数，没有匹配到移动构造。

仅将节点构移动构造函数的右值引用用const修饰，同样会导致无法匹配string的移动构造函数。

右值引用会在特定位置开辟空间来存储右值，所以右值引用本身的属性是左值。
是左值就可以修改，尤其是在移动构造函数中，会将右值引用里的右值转移过来。
如果使用const修饰了右值引用，此时右值引用就不可以修改了，同样就不可以进行转移了。
所以编译器就去匹配深拷贝去了。

虽然右值不可以被修改，但是右值引用以后具有了左值属性，才能被转移，一旦被const修饰以后就无法转移了。所以我们在使用右值引用的时候，不要使用const来修饰。

👀完美转发

🦴万能引用

写多个重载函数，根据实参类型调用不同函数。

形参类型分别是左值引用，const左值引用，右值引用，const右值引用

上图代码中的perfectForward函数模板被叫做万能引用模板，无论调用该函数时传的是什么类型，它都能推演出来。

左值：调用模板函数时，实参是左值，推演出来的t就是左值引用。实参是const左值，推演出来的t就是const左值引用。
右值：调用模板函数时，实参是右值，推演出来的t就是右值引用。实参是const右值，推演出来的t就是const右值引用。

由于右值引用本身也是左值，所以需要通过move将其转换成右值才能看到推演效果。

实参	T	t
int a=10	int	int&(左值引用)
const int b=20	const int	const int&(const左值引用)
30	int	int&&(右值引用)
move(int c=40)	const int	const int&&(const 右值引用)