掌握std::move和std::forward

news2024/11/24 15:39:25

在讲解std::move和std::forward之前，我们必须先了解C++中左值、右值的相关概念。

1、左值、右值

（1）左值：一般指的是在内存中有对应的存储单元的值，最常见的就是程序中创建的变量。
（2）右值：一般指的是没有对应存储单元的值（寄存器中的立即数，中间结果等），例如一个常量，或者表达式计算的临时变量。

判断某个表达式是左值还是右值的方法：

（1）可位于 = 左侧的表达式就是左值；反之，只能位于 = 右侧的表达式就是右值。

// 其中x是一个左值，字面值5是一个右值
int x = 5;

// 错误，5 不能为左值
5 = x;

说明：C++中的左值也可以当作右值使用。

// y 是一个左值
int y = 10;

// x、y 都是左值，但可以将 y 可以当做右值使用
x = y;

（2）有名称的、可以获取到存储地址的表达式即为左值；反之则是右值。

上述示例中变量 x、y 是变量名且通过 &x 和 &y 可以获得他们的存储地址，因此 x 和 y 都是左值；反之，字面量 5、10，它们既没有名称，也无法获取其存储地址，因此 5、10 都是右值。

2、左值引用、右值引用

（1）左值引用：C++中采用&对变量进行引用，我们平时熟悉的引用就是左值引用。

    int num = 10;
    int& b = num; //正确
    int& c = 10; //错误

    const int& c = 10; //正确

（2）右值引用：

因为右值本身也没有对应的存储单元，所以没法进行引用。右值引用实际上只是一个逻辑上的概念，最大的作用就是让一个左值达到类似右值的效果（下面程序举例），让变量之间的转移更符合“语义上的转移”，以减少转移之间多次拷贝的开销。右值引用符号是&&。

注意：
（1）右值引用不支持引用左值；
（2）非常量右值引用可以引用的值的类型只有非常量右值；
（3）常量右值可以引用常量右值、非常量右值。

int num1 = 10;
const int num2 = 100;

int&& a = num1;	//编译失败，非常量右值引用不支持引用非常量左值
int&& b = num2;	//编译失败，非常量右值引用不支持引用常量左值
int&& c = 10;	//编译成功，非常量右值引用支持引用非常量右值

const int&& d = num1;	//编译失败，常量右值引用不支持引用非常量左值
const int&& e = num2;	//编译失败，常量右值引用不支持引用常量左值
const int&& f = 100;	//编译成功，常量右值引用支持引用右值

3、move()函数

move()函数将左值强制转换成右值。但move()并没有移动能力！

int num = 10;
int&& a = std::move(num);  //编译成功
std::cout << a << std::endl;   //输出结果为10；
std::cout << num << std::endl; //输出结果为10；move只是把左值强制转换成右值，并没有移动能力。

a = 20;
std::cout << num << std::endl; //输出20

为了加深对move()的印象，我们再来看一个例子：

std::string str1 = "I love C++";
std::string str2 = std::move(str1);
std::cout << "str2:" << str2 << std::endl;
std::cout << "str1:" << str1 << std::endl;

执行结果：

我们看到执行move()函数后，str1里的内容没了，难道被移走了？我们前面说过move()没有移动能力，造成str1的内容为空的原因是string的“移动构造函数”。我们再来看一个例子：

std::string str3 = "I love C";
std::string&& def = std::move(str3);
std::cout << "str3:" << str3 << std::endl;
std::cout << "def:" << def << std::endl;

执行结果：

4、forward()函数

std::forward的作用是完美转发，如果传递的是左值转发的就是左值引用，传递的是右值转发的就是右值引用。

std::move可以减少不必要的拷贝开销，可以提高程序的效率。但是std::forward的作用是转发，左值引用转发成左值引用，右值引用还是右值引用，它的意义到底是什么？

原来是在程序的执行过程中，对于引用的传递实际上会有额外的隐式的转化，一个右值引用参数经过函数的调用转发可能会转化成左值引用，但这就不是我们希望看到的结果。

举例：

#include <iostream>

template<typename T>
void print(T& t) {
    std::cout << "左值" << std::endl;
}

template<typename T>
void print(T&& t) {
    std::cout << "右值" << std::endl;
}

template<typename T>
void testForward(T&& v) {
    print(v);
    print(std::forward<T>(v));
    print(std::move(v));
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    testForward(1); // 传入右值

    std::cout << "======================" << std::endl;

    int x = 1;
    testForward(x); // 传入左值
}

执行结果：