1. 左值引用和右值引用

1. 什么是左值？什么是左值引用？

左值是一个表示数据的表达式(如变量名或解引用的指针)，我们可以获取它的地址+可以对它赋

值，左值可以出现赋值符号的左边，右值不能出现在赋值符号左边。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。左值引用就是给左值的引用，给左值取别名。

1. 什么是右值？什么是右值引用？

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(这个不能是左值引

用返回)等等，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，右值不能

取地址。右值引用就是对右值的引用，给右值取别名。

1. 当我们讨论C++中的左值和右值时，可以将其类比为“物品”。

左值可以理解为“可修改的物品”。它是具有持久性和身份的物品，我们可以对其进行赋值、取地址和修改操作。就像我们拿着一个实际的物品，可以一直使用它，甚至可以改变它的状态。

右值可以理解为“临时的物品”。它是没有持久性和身份的物品，通常是临时产生的中间结果。我们不能对其进行赋值、取地址或修改操作，因为它们即将被丢弃。就像我们拿着一个临时使用的物品，用完之后就会丢弃掉。

举个例子来说明：

假设我们有一个盒子，里面装着一些物品。左值就像是我们拿起一个物品，可以一直使用它，甚至可以改变它的状态。右值就像是我们拿起一个临时使用的物品，用完之后就会丢弃掉。

在C++中，我们可以将一个左值赋值给左值引用，而右值则可以赋值给右值引用。这是因为左值引用期望一个持久的物品，而右值引用期望一个临时的物品。

总结起来，左值是可修改的物品，右值是临时的物品。这是一个简化的描述，但希望能帮助你理解左值和右值的基本概念。

void modifyValue(int& value) 
{
    value = 10; // 修改左值的值
}

int main() 
{
    int x = 5; // 左值 x

    modifyValue(x); // 传递左值给函数进行修改
    std::cout << "Modified value: " << x << std::endl;

    int&& y = 20; // 右值 y
    std::cout << "Original value: " << y << std::endl;

    return 0;
}

在上面的代码中，我们定义了一个函数modifyValue，它接受一个左值引用作为参数，并修改传入的左值的值。在main函数中，我们声明了一个左值x，并将其传递给modifyValue函数进行修改。最后，我们输出修改后的值。另外，在main函数中，我们还声明了一个右值引用y，并将一个临时的右值20赋值给它。然后，我们输出原始的右 值。

通过这段代码，我们可以看到左值可以被修改，而右值通常是临时的、不可修改的。这展示了左值和右值的基本特性。

2. 修改的右值

在上面的描述中，我们知道右值通常是临时的、不可修改的。注意说的是通常！

来看这样一段代码：

int main() 
{
    int&& rr1 = 10;
    int* address = &rr1;
    *address = 20;
    cout << rr1 << endl;
    return 0;
}

上面的代码会输出什么呢？

输出结果：

那为什么会这样子呢？

这是因为在将字面量10绑定到右值引用rr1时，编译器会创建一个临时的整数对象，并将其值设置为10。这个临时的整数对象具有与rr1相同的生命周期，因此我们可以通过指针修改它的值。然而，需要注意的是，这种修改右值的方式并不是右值引用的主要用途。右值引用主要用于实现移动语义和完美转发等特性，以提高性能和灵活性。在实际中，我们很少直接修改右值，而是将其用于特定的语义操作。如果不想rr1被修改，可以用const int&& rr1 去引用。

3. 左值引用和右值引用的比较

3.1. 左值引用总结

1. 左值引用只能引用左值，不能引用右值。

void modifyValue(int& value) 
{
    // 在函数内部修改value的值
    value = 10;
}

int main() 
{
    int x = 5;

    modifyValue(x); // 传递左值
    modifyValue(20); // 错误，无法传递右值

    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个函数modifyValue，它接受一个左值引用参数value。在函数内部，我们将value的值修改为10。

在main函数中，我们分别调用modifyValue函数，并传递一个左值x和一个右值20作为参数。对于左值x，可以被左值引用接受，并在函数内部被修改。但是对于右值20，无法被左值引用接受，因为左值引用只能引用左值。

所以，当我们尝试传递右值给左值引用时，编译器会报错。

运行结果：

1. 但是const左值引用既可引用左值，也可引用右值。

void modifyValue(const int& value) 
{
    // value是const左值引用，可以引用左值和右值
    // 但是在函数内部无法修改value的值，因为它是const的
    cout << "Value: " << value << endl;
}

int main() 
{
    int x = 5;
    const int y = 10;

    modifyValue(x); // 传递左值
    modifyValue(20); // 传递右值

    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个函数modifyValue，它接受一个const左值引用参数value。在函数内部，我们将value的值输出到控制台上。

在main函数中，我们分别调用modifyValue函数，并传递一个左值x和一个右值20作为参数。无论是左值还是右值，都可以被const左值引用接受。在函数内部，我们无法修改value的值，因为它是const的。

这个示例展示了const左值引用可以引用左值和右值的特性。这在某些情况下是很有用的，例如当我们希望以只读方式访问参数时。

运行结果：

3.2. 右值引用总结

1. 右值引用只能右值，不能引用左值。

void modifyValue(int&& value) 
{
    // 在函数内部修改value的值
    value = 10;
}

int main() 
{
    int x = 5;

    modifyValue(x); // 错误，无法传递左值
    modifyValue(20); // 传递右值

    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个函数modifyValue，它接受一个右值引用参数value。在函数内部，我们将value的值修改为10。

在main函数中，我们尝试分别调用modifyValue函数，并传递一个左值x和一个右值20作为参数。对于左值x，无法被右值引用接受，因为右值引用只能引用右值。但是对于右值20，可以被右值引用接受，并在函数内部被修改。

所以，当我们尝试传递左值给右值引用时，编译器会报错。

1. 但是右值引用可以move以后的左值

void modifyVector(vector<int>&& vec)
{
    // 在函数内部修改vec的值
    vec.push_back(10);
}

int main() 
{
    vector<int> v = { 1, 2, 3 };

    modifyVector(move(v)); // 传递move后的左值

    for (auto e : v)
    {
        cout << e << " ";
    }
    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个函数modifyVector，它接受一个右值引用参数vec。在函数内部，我们使用push_back函数向vec中添加一个元素。

在main函数中，我们创建了一个名为v的vector对象，并初始化为{1, 2, 3}。然后，我们将v传递给modifyVector函数，通过调用move函数将v转换为右值。这样，我们可以将move后的左值传递给右值引用参数，并在函数内部修改它。

这个示例展示了右值引用可以引用move后的左值的特性。通过使用move函数，我们可以将左值转换为右值，并在函数内部修改它，而无需进行深拷贝操作。

4. 右值引用使用场景和意义

下面我们来看看左值引用的短板，右值引用是如何补齐这个短板的！

int& getRef() 
{
    int x = 5;
    return x; // 返回局部变量的引用，悬空引用
}

int main() 
{
    int& ref = getRef(); // 悬空引用
    // ...
}

在这个例子中，getRef函数返回了一个局部变量x的引用，但当getRef函数结束时，x的生命周期结束，引用ref成为了悬空引用，访问它将导致未定义行为。**但是当函数返回对象是一个局部变量，出了函数作用域就不存在了，就不能使用左值引用返回，只能传值返回。**使用传值返回，会产生拷贝的问题，影响效率。

所以此时右值引用就有了它的价值

int&& getRef() 
{
    int x = 5;
    return move(x); // 返回右值引用，延长生命周期
}

int main() 
{
    int&& ref = getRef(); // 正确，延长生命周期
    // ...
}

在这个例子中，getRef函数返回了一个右值引用，通过使用move函数将局部变量x转换为右值引用，并延长了其生命周期。因此，在main函数中，我们可以安全地使用右值引用ref。

下面来看一段代码，看看右值引用在拷贝方面的好处。

class MyString 
{
public:
    MyString(const std::string& str) : m_data(str) 
    {
        std::cout << "拷贝构造函数" << std::endl;
    }

    MyString(std::string&& str) : m_data(move(str)) 
    {
        std::cout << "移动构造函数" << std::endl;
    }

    // 拷贝赋值运算符
    MyString& operator=(const MyString& other) 
    {
        std::cout << "拷贝赋值运算符" << std::endl;
        if (this != &other) 
        {
            m_data = other.m_data;
        }
        return *this;
    }

    // 移动赋值运算符
    MyString& operator=(MyString&& other) 
    {
        std::cout << "移动赋值运算符" << std::endl;
        if (this != &other) 
        {
            m_data = std::move(other.m_data);
        }
        return *this;
    }

    const std::string& getData() const 
    {
        return m_data;
    }

private:
    std::string m_data;
};

int main() 
{
    std::string str = "Hello, world!";
    MyString myStr1(str); // 使用拷贝构造函数，将str拷贝到myStr1中
    MyString myStr2(std::move(str)); // 使用移动构造函数，将str的内容移动到myStr2中

    std::cout << "myStr1: " << myStr1.getData() << std::endl; // 输出: Hello, world!
    std::cout << "myStr2: " << myStr2.getData() << std::endl; // 输出: Hello, world!

    return 0;
}

在这个例子中，我们定义了一个MyString类，它包含一个std::string成员变量来管理字符串数据。MyString类提供了拷贝构造函数、移动构造函数、拷贝赋值运算符和移动赋值运算符。

在main函数中，我们首先创建了一个std::string对象str，然后使用拷贝构造函数将其拷贝到myStr1对象中。这里的拷贝构造函数会创建一个新的std::string对象，并将str的内容拷贝到新对象中。

接下来，我们使用移动构造函数将str的内容移动到myStr2对象中。这里的移动构造函数使用了右值引用，并通过std::move将str转换为右值引用。这样做的好处是，移动构造函数不需要创建新的对象，而是直接将str的内容移动到myStr2的成员变量中。这样可以避免不必要的拷贝操作，提高性能和效率。

最后，我们输出myStr1和myStr2对象中的字符串内容，可以看到它们都是Hello, world!。这证明了在拷贝时使用右值引用可以避免不必要的拷贝操作，并且不会影响最终结果。

运行结果：

1. 48行的代码，传的是左值，调用的是拷贝构造函数

1. 49行的代码，传的是右值，调用的是移动构造函数

从调试的角度看一看str的变化。

然后str从左值变为右值，传给myStr2的移动构造函数，造成了str的消亡。

此时没有产生拷贝，而是将str的内容直接移动到了myStr2的成员中，相当于减少了拷贝，提高了效率。要知道C++的类型是很多的，如果是map或者是unordered_map的拷贝，将会影响效率。

注意：此时将str移动到myStr2的成员中去，str自己本身是会嘎了的。你就把str当成一个武林高手，但是时日无多了，刚好遇到了一个小伙myStr2，str临死前把一身武功都传给了myStr2，然后str就嘎了。

5. 完美转发

有时候，我们有一个函数，它接收一个参数，并且我们希望将这个参数传递给另一个函数，但我们不知道这个参数的具体类型。我们希望能够以一种通用的方式将参数转发给另一个函数，而不需要为每种可能的类型编写不同的转发函数。

这就是完美转发的概念。完美转发允许我们将参数以原样转发给另一个函数，无论参数是左值还是右值。它可以保留参数的值类别（左值或右值），并将其传递给适当的函数。

在C++中，我们可以使用模板和引用折叠来实现完美转发。引用折叠是一种特殊的规则，它允许我们在模板函数中保留参数的值类别。

template <typename T>
void forwardFunction(T&& arg) 
{
    anotherFunction(std::forward<T>(arg));
}

在这个例子中，我们定义了一个模板函数forwardFunction，它接收一个参数arg。这里的T&&是一个右值引用折叠的语法，它可以接收任意类型的参数，不管是左值还是右值，并保留参数的值类别。

在forwardFunction中，我们使用std::forward来实现完美转发。std::forward是一个模板函数，它接收一个参数，并将其转发为对应的左值引用或右值引用。这里的T是模板类型参数，它会根据参数的值类别来确定是转发为左值引用还是右值引用。

通过使用std::forward，我们可以保留参数的值类别，并将其传递给anotherFunction，实现了完美转发。

总之，完美转发允许我们以一种通用的方式将参数转发给其他函数，无论参数是左值还是右值。这可以提高代码的重用性和灵活性，避免了为每种可能的类型编写不同的转发函数。