左值引用

int i = 0;
int& j = i;

這里的int&是對(duì)左值進(jìn)行綁定（但是int&卻不能綁定右值）狐赡，相應(yīng)的唯竹，對(duì)右值進(jìn)行綁定的引用就是右值引用沸停，他的語法是這樣的 A&&辆影，通過雙引號(hào)來表示綁定類型為A的右值良狈。通過&&我們就可以很方便的綁定右值了后添，比如我們可以這樣綁定一個(gè)右值：

int&& i = 0;

這里我們綁定了一個(gè)右值0，關(guān)于右值的概念會(huì)在后面介紹们颜。右值引用是C++11中新增加的一個(gè)很重要的特性吕朵，他主是要用來解決C++98/03中遇到的兩個(gè)問題:

1:臨時(shí)對(duì)象非必要的昂貴的拷貝操作，

2:是在模板函數(shù)中如何按照參數(shù)的實(shí)際類型進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)窥突。

通過引入右值引用努溃，很好的解決了這兩個(gè)問題，改進(jìn)了程序性能阻问，后面將會(huì)詳細(xì)介紹右值引用是如何解決這兩個(gè)問題的梧税。

和右值引用相關(guān)的概念比較多，比如：右值、純右值第队、將亡值哮塞、universal references、引用折疊凳谦、移動(dòng)語義忆畅、move語義和完美轉(zhuǎn)發(fā)等等。

int i = getVar();

上面的這行代碼很簡(jiǎn)單尸执，從getVar()函數(shù)獲取一個(gè)整形值家凯，然而，這行代碼會(huì)產(chǎn)生幾種類型的值呢如失？
答案是會(huì)產(chǎn)生兩種類型的值绊诲，一種是左值i，一種是函數(shù)getVar()返回的臨時(shí)值褪贵，這個(gè)臨時(shí)值在表達(dá)式結(jié)束后就銷毀了掂之，而左值i在表達(dá)式結(jié)束后仍然存在，這個(gè)臨時(shí)值就是右值脆丁，具體來說是一個(gè)純右值世舰，右值是不具名的。區(qū)分左值和右值的一個(gè)簡(jiǎn)單辦法是：看能不能對(duì)表達(dá)式取地址偎快，如果能冯乘，則為左值，否則為右值晒夹。

所有的具名變量或?qū)ο蠖际亲笾雕陕涿兞縿t是右值，比如丐怯，簡(jiǎn)單的賦值語句：

int i = 0;

在這條語句中喷好，i 是左值，0 是字面量读跷，就是右值梗搅。在上面的代碼中，i 可以被引用效览，0 就不可以了无切。具體來說上面的表達(dá)式中等號(hào)右邊的0是純右值（prvalue）。

什么是右值

在C++11中所有的值必屬于左值丐枉、將亡值哆键、純右值三者之一。
比如瘦锹，非引用返回的臨時(shí)變量籍嘹、運(yùn)算表達(dá)式產(chǎn)生的臨時(shí)變量闪盔、原始字面量和lambda表達(dá)式等都是純右值。而將亡值是C++11新增的辱士、與右值引用相關(guān)的表達(dá)式泪掀，比如，將要被移動(dòng)的對(duì)象颂碘、T&&函數(shù)返回值异赫、std::move返回值和轉(zhuǎn)換為T&&的類型的轉(zhuǎn)換函數(shù)的返回值等。關(guān)于將亡值我們會(huì)在后面介紹凭涂，先看下面的代碼：

int j = 5;

auto f = []{return 5;};

上面的代碼中5是一個(gè)原始字面量祝辣， []{return 5;}是一個(gè)lambda表達(dá)式贴妻，都是屬于純右值切油，他們的特點(diǎn)是在表達(dá)式結(jié)束之后就銷毀了。
到此為止我們對(duì)右值有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)名惩，知道了什么是右值澎胡。

右值引用介紹

右值引用的第一個(gè)特點(diǎn)

T&& k = getVar();

第二行代碼和第一行代碼很像，只是相比第一行代碼多了“&&”娩鹉，他就是右值引用攻谁。
我們知道左值引用是對(duì)左值的引用，那么弯予，對(duì)應(yīng)的戚宦，對(duì)右值的引用就是右值引用，而且右值是匿名變量锈嫩，我們也只能通過引用的方式來獲取右值受楼。
雖然這條代碼跟上面介紹的代碼起來差別不大，但是實(shí)際上語義的差別很大呼寸。
這里艳汽，getVar()產(chǎn)生的臨時(shí)值不會(huì)像第一行代碼那樣，在表達(dá)式結(jié)束之后就銷毀了对雪，而是會(huì)被“續(xù)命”河狐，他的生命周期將會(huì)通過右值引用得以延續(xù)，和變量k的生命周期一樣長(zhǎng)瑟捣。

codedemo1-1

#include <iostream>
using namespace std;

int g_constructCount=0;
int g_copyConstructCount=0;
int g_destructCount=0;
struct A
{
    A(){
        cout<<"construct: "<<++g_constructCount<<endl;    
    }
    
    A(const A& a)
    {
        cout<<"copy construct: "<<++g_copyConstructCount <<endl;
    }
    ~A()
    {
        cout<<"destruct: "<<++g_destructCount<<endl;
    }
};

A GetA()
{
    return A();
}

int main() {
    A a = GetA();
    return 0;
}

為了清楚的觀察臨時(shí)值馋艺，在編譯時(shí)設(shè)置編譯選項(xiàng)-fno-elide-constructors用來關(guān)閉返回值優(yōu)化效果。

結(jié)果如下：

root@iZuf65i08ucxtob67o6urwZ:/usr/myC++/shared_ptr# g++ -o test_left test_left.cpp -fno-elide-constructors
root@iZuf65i08ucxtob67o6urwZ:/usr/myC++/shared_ptr# ./test_left 
construct: 1
copy construct: 1
destruct: 1
copy construct: 2
destruct: 2
destruct: 3
root@iZuf65i08ucxtob67o6urwZ:/usr/myC++/shared_ptr# 

從上面的例子中可以看到迈套，在沒有返回值優(yōu)化的情況下捐祠，拷貝構(gòu)造函數(shù)調(diào)用了兩次，一次是GetA()函數(shù)內(nèi)部創(chuàng)建的對(duì)象返回出來構(gòu)造一個(gè)臨時(shí)對(duì)象產(chǎn)生的交汤，另一次是在main函數(shù)中構(gòu)造a對(duì)象產(chǎn)生的雏赦。第二次的destruct是因?yàn)榕R時(shí)對(duì)象在構(gòu)造a對(duì)象之后就銷毀了劫笙。如果開啟返回值優(yōu)化的話，輸出結(jié)果將是：

root@iZuf65i08ucxtob67o6urwZ:/usr/myC++/shared_ptr# g++ -o test_left test_left.cpp 
root@iZuf65i08ucxtob67o6urwZ:/usr/myC++/shared_ptr# ./test_left 
construct: 1
destruct: 1
root@iZuf65i08ucxtob67o6urwZ:/usr/myC++/shared_ptr# 

可以看到返回值優(yōu)化將會(huì)把臨時(shí)對(duì)象優(yōu)化掉星岗，但這不是c++標(biāo)準(zhǔn)填大，是各編譯器的優(yōu)化規(guī)則。我們?cè)诨氐街疤岬降目梢酝ㄟ^右值引用來延長(zhǎng)臨時(shí)右值的生命周期俏橘，如果上面的代碼中我們通過右值引用來綁定函數(shù)返回值的話允华，結(jié)果又會(huì)是什么樣的呢？在編譯時(shí)設(shè)置編譯選項(xiàng)-fno-elide-constructors寥掐。

int main() {
    A&& a = GetA();
    return 0;
}

結(jié)果：

root@iZuf65i08ucxtob67o6urwZ:/usr/myC++/shared_ptr# ./test_left 
construct: 1
copy construct: 1
destruct: 1
destruct: 2
root@iZuf65i08ucxtob67o6urwZ:/usr/myC++/shared_ptr# 

通過右值引用靴寂，比之前少了一次拷貝構(gòu)造和一次析構(gòu)，原因在于右值引用綁定了右值召耘，讓臨時(shí)右值的生命周期延長(zhǎng)了百炬。我們可以利用這個(gè)特點(diǎn)做一些性能優(yōu)化，即避免臨時(shí)對(duì)象的拷貝構(gòu)造和析構(gòu)污它，事實(shí)上剖踊，在c++98/03中，通過常量左值引用也經(jīng)常用來做性能優(yōu)化衫贬。上面的代碼改成：

　　const A& a = GetA();

輸出的結(jié)果和右值引用一樣德澈，因?yàn)槌Ａ孔笾狄檬且粋€(gè)“萬能”的引用類型，可以接受左值固惯、右值梆造、常量左值和常量右值。需要注意的是普通的左值引用不能接受右值葬毫，比如這樣的寫法是不對(duì)的：

　　A& a = GetA();

上面的代碼會(huì)報(bào)一個(gè)編譯錯(cuò)誤镇辉，因?yàn)榉浅Ａ孔笾狄弥荒芙邮茏笾?/p>

右值引用的第二個(gè)特點(diǎn)

右值引用獨(dú)立于左值和右值。意思是右值引用類型的變量可能是左值也可能是右值供常。比如下面的例子：

int&& var1 = 1; 

var1類型為右值引用摊聋，但var1本身是左值，因?yàn)榫呙兞慷际亲笾怠?/p>

關(guān)于右值引用一個(gè)有意思的問題是：T&&是什么栈暇，一定是右值嗎麻裁？讓我們來看看下面的例子：

template<typename T>
void f(T&& t){}

f(10); 

int x = 10;
f(x); 

從上面的代碼中可以看到，T&&表示的值類型不確定源祈，可能是左值又可能是右值煎源，這一點(diǎn)看起來有點(diǎn)奇怪，這就是右值引用的一個(gè)特點(diǎn)香缺。

右值引用的第三個(gè)特點(diǎn)

T&& t在發(fā)生自動(dòng)類型推斷的時(shí)候手销，它是未定的引用類型（universal references），如果被一個(gè)左值初始化图张，它就是一個(gè)左值锋拖；如果它被一個(gè)右值初始化诈悍，它就是一個(gè)右值，它是左值還是右值取決于它的初始化兽埃。

我們?cè)倩剡^頭看上面的代碼侥钳，對(duì)于函數(shù)template<typename T>void f(T&& t)，當(dāng)參數(shù)為右值10的時(shí)候柄错，根據(jù)universal references的特點(diǎn)舷夺，t被一個(gè)右值初始化，那么t就是右值售貌；當(dāng)參數(shù)為左值x時(shí)给猾，t被一個(gè)左值引用初始化，那么t就是一個(gè)左值颂跨。需要注意的是敢伸，僅僅是當(dāng)發(fā)生自動(dòng)類型推導(dǎo)（如函數(shù)模板的類型自動(dòng)推導(dǎo)，或auto關(guān)鍵字）的時(shí)候毫捣，T&&才是universal references详拙。再看看下面的例子：

template<typename T>
void f(T&& param); 

template<typename T>
class Test {
    Test(Test&& rhs); 
};

上面的例子中，param是universal reference蔓同，rhs是Test&&右值引用，因?yàn)槟０婧瘮?shù)f發(fā)生了類型推斷蹲诀，而Test&&并沒有發(fā)生類型推導(dǎo)斑粱，因?yàn)門est&&是確定的類型了。

正是因?yàn)橛抑狄每赡苁亲笾狄部赡苁怯抑蹈Γ蕾囉诔跏蓟虮保⒉皇且幌伦泳痛_定的特點(diǎn)，我們可以利用這一點(diǎn)做很多文章痕慢，比如后面要介紹的移動(dòng)語義和完美轉(zhuǎn)發(fā)尚揣。

這里再提一下引用折疊，正是因?yàn)橐肓擞抑狄靡淳伲钥赡艽嬖谧笾狄门c右值引用和右值引用與右值引用的折疊快骗，C++11確定了引用折疊的規(guī)則，規(guī)則是這樣的：

-所有的右值引用疊加到右值引用上仍然還是一個(gè)右值引用塔次；
-所有的其他引用類型之間的疊加都將變成左值引用方篮。

右值引用的作用

demo1-2

T(T&& a) : m_val(val){ a.m_val=nullptr; }

這行代碼實(shí)際上來自于一個(gè)類的構(gòu)造函數(shù)，構(gòu)造函數(shù)的一個(gè)參數(shù)是一個(gè)右值引用励负，為什么將右值引用作為構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)呢藕溅？在解答這個(gè)問題之前我們先看一個(gè)例子。如代碼清單1-2所示继榆。

#include <iostream>
using namespace std;
class A
{
public:
    A():m_ptr(new int(0)){cout << "construct" << endl;}
    A(const A& a):m_ptr(new int(*a.m_ptr)) //深拷貝的拷貝構(gòu)造函數(shù)
    {
        cout << "copy construct" << endl;
    }
    ~A(){ delete m_ptr;}
private:
    int* m_ptr;
};

A GetA()
{
    return A();
}
int main() {
    A a = GetA();
    return 0;
}

輸出結(jié)果

root@iZuf65i08ucxtob67o6urwZ:/usr/myC++/shared_ptr# g++ -o right_ref_test right_ref_test.cpp -fno-elide-constructors
root@iZuf65i08ucxtob67o6urwZ:/usr/myC++/shared_ptr# ./right_ref_test construct
copy construct
copy construct
root@iZuf65i08ucxtob67o6urwZ:/usr/myC++/shared_ptr# 

這個(gè)例子很簡(jiǎn)單巾表，一個(gè)帶有堆內(nèi)存的類汁掠，必須提供一個(gè)深拷貝拷貝構(gòu)造函數(shù)，因?yàn)槟J(rèn)的拷貝構(gòu)造函數(shù)是淺拷貝集币，會(huì)發(fā)生“指針懸掛”的問題调塌。如果不提供深拷貝的拷貝構(gòu)造函數(shù)，上面的測(cè)試代碼將會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤（編譯選項(xiàng)-fno-elide-constructors）惠猿。

內(nèi)部的m_ptr將會(huì)被刪除兩次羔砾，一次是臨時(shí)右值析構(gòu)的時(shí)候刪除一次，第二次外面構(gòu)造的a對(duì)象釋放時(shí)刪除一次偶妖，而這兩個(gè)對(duì)象的m_ptr是同一個(gè)指針姜凄，這就是所謂的指針懸掛問題。提供深拷貝的拷貝構(gòu)造函數(shù)雖然可以保證正確趾访，但是在有些時(shí)候會(huì)造成額外的性能損耗态秧，因?yàn)橛袝r(shí)候這種深拷貝是不必要的。
上面代碼中的GetA函數(shù)會(huì)返回臨時(shí)變量扼鞋，然后通過這個(gè)臨時(shí)變量拷貝構(gòu)造了一個(gè)新的對(duì)象a申鱼，臨時(shí)變量在拷貝構(gòu)造完成之后就銷毀了，如果堆內(nèi)存很大的話云头，那么捐友，這個(gè)拷貝構(gòu)造的代價(jià)會(huì)很大，帶來了額外的性能損失溃槐。每次都會(huì)產(chǎn)生臨時(shí)變量并造成額外的性能損失匣砖，有沒有辦法避免臨時(shí)變量造成的性能損失呢？看看下面的代碼昏滴。

demo1-3

class A
{
public:
    A() :m_ptr(new int(0)){}
    A(const A& a):m_ptr(new int(*a.m_ptr)) //深拷貝的拷貝構(gòu)造函數(shù)
    {
        cout << "copy construct" << endl;
    }
    A(A&& a) :m_ptr(a.m_ptr)
    {
        a.m_ptr = nullptr;
        cout << "move construct" << endl;
    }
    ~A(){ delete m_ptr;}
private:
    int* m_ptr;
};
int main(){
    A a = Get(false); 
} 
輸出：
construct
move construct
move construct

這個(gè)構(gòu)造函數(shù)并沒有做深拷貝猴鲫，僅僅是將指針的所有者轉(zhuǎn)移到了另外一個(gè)對(duì)象，同時(shí)谣殊，將參數(shù)對(duì)象a的指針置為空拂共，這里僅僅是做了淺拷貝，因此姻几，這個(gè)構(gòu)造函數(shù)避免了臨時(shí)變量的深拷貝問題宜狐。

上面這個(gè)函數(shù)其實(shí)就是移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)，他的參數(shù)是一個(gè)右值引用類型鲜棠，這里的A&&表示右值肌厨，為什么？前面已經(jīng)提到豁陆，這里沒有發(fā)生類型推斷柑爸，是確定的右值引用類型。為什么會(huì)匹配到這個(gè)構(gòu)造函數(shù)盒音？因?yàn)檫@個(gè)構(gòu)造函數(shù)只能接受右值參數(shù)表鳍，而函數(shù)返回值是右值馅而，所以就會(huì)匹配到這個(gè)構(gòu)造函數(shù)。這里的A&&可以看作是臨時(shí)值的標(biāo)識(shí)譬圣，對(duì)于臨時(shí)值我們僅僅需要做淺拷貝即可瓮恭，無需再做深拷貝，從而解決了前面提到的臨時(shí)變量拷貝構(gòu)造產(chǎn)生的性能損失的問題厘熟。這就是所謂的移動(dòng)語義屯蹦，右值引用的一個(gè)重要作用是用來支持移動(dòng)語義的。

需要注意的一個(gè)細(xì)節(jié)是绳姨，我們提供移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)的同時(shí)也會(huì)提供一個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)登澜，以防止移動(dòng)不成功的時(shí)候還能拷貝構(gòu)造，使我們的代碼更安全飘庄。

我們知道移動(dòng)語義是通過右值引用來匹配臨時(shí)值的脑蠕，那么，普通的左值是否也能借助移動(dòng)語義來優(yōu)化性能呢跪削，那該怎么做呢谴仙？事實(shí)上C++11為了解決這個(gè)問題，提供了std::move方法來將左值轉(zhuǎn)換為右值碾盐，從而方便應(yīng)用移動(dòng)語義晃跺。move是將對(duì)象資源的所有權(quán)從一個(gè)對(duì)象轉(zhuǎn)移到另一個(gè)對(duì)象，只是轉(zhuǎn)移廓旬，沒有內(nèi)存的拷貝哼审，這就是所謂的move語義。

{
    std::list< std::string> tokens;
    //省略初始化...
    std::list< std::string> t = tokens; //這里存在拷貝 
}
std::list< std::string> tokens;
std::list< std::string> t = std::move(tokens);  //這里沒有拷

如果不用std::move孕豹，拷貝的代價(jià)很大，性能較低十气。使用move幾乎沒有任何代價(jià)励背，只是轉(zhuǎn)換了資源的所有權(quán)。他實(shí)際上將左值變成右值引用砸西，然后應(yīng)用移動(dòng)語義叶眉，調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)，就避免了拷貝芹枷，提高了程序性能衅疙。如果一個(gè)對(duì)象內(nèi)部有較大的對(duì)內(nèi)存或者動(dòng)態(tài)數(shù)組時(shí)，很有必要寫move語義的拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值函數(shù)鸳慈，避免無謂的深拷貝饱溢，以提高性能。事實(shí)上走芋，C++11中所有的容器都實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)語義绩郎，方便我們做性能優(yōu)化潘鲫。

template<typename T>
typename remove_reference<T>::type&& move(T&& value){
    return static_cast<typename remove_reference<T>::type&&>(value);
}

type：是C++11新增的 類型成員 類型成員與靜態(tài)成員一樣，它們都屬于類而不屬于對(duì)象肋杖，訪問它時(shí)也與訪問靜態(tài)成員一樣用::訪問
它表達(dá)的意思是返回remove_reference類的type類型成員溉仑。而該類是一個(gè)模板類，所以在它前面要加typename關(guān)鍵字状植。
remove_reference類其實(shí)就是就是通過模板去除引用

template <typename T>
struct remove_reference{
    typedef T type;  //定義T的類型別名為type
};

template <typename T>
struct remove_reference<T&> //左值引用
{
    typedef T type;
}

template <typename T>
struct remove_reference<T&&> //右值引用
{
   typedef T type;
}

通過上面的代碼我們可以知道浊竟，經(jīng)過remove_reference處理后，T的引用被剔除了津畸。假設(shè)前面我們通過move的類型自動(dòng)推導(dǎo)得到T為int&&振定，那么再次經(jīng)過模板推導(dǎo)remove_reference的type成員，這樣就可以得出type的類型為int了洼畅。

經(jīng)過翻譯后的代碼

int && move(int&& && t){
    return static_case<int&&>(t);
}

//或
int && move(int& && t){
    return static_case<int&&>(t);
}

具體解釋可看：C++高階知識(shí) std::move

完美轉(zhuǎn)發(fā)

直接看看代碼：
demo1-4

#include <iostream>


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

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

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

    int x = 1;
    testForward(x);

    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

root@iZuf65i08ucxtob67o6urwZ:/usr/myC++/shared_ptr# ./forward_test2
左值
右值
右值
======================
左值
左值
右值

原理

template <typename T>
T&& forward(typename std::remove_reference<T>::type& param)
{
    return static_cast<T&&>(param);
}

template <typename T>
T&& forward(typename std::remove_reference<T>::type&& param)
{
    return static_cast<T&&>(param);
}

forward實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)模板函數(shù)吩案，一個(gè)接收左值，另一個(gè)接收右值帝簇。在上面有代碼中：

typename std::remove_reference<T>::type

其含義就是獲得去掉引用的參數(shù)類型徘郭。所以上面的兩上模板函數(shù)中，第一個(gè)是左值引用模板函數(shù)丧肴，第二個(gè)是右值引用模板函數(shù)残揉。
緊接著std::forward模板函數(shù)對(duì)傳入的參數(shù)進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的目標(biāo)類型符合引用折疊規(guī)則芋浮，因此左值參數(shù)最終轉(zhuǎn)換后仍為左值抱环，右值參數(shù)最終轉(zhuǎn)成右值。