C——左值与右值、右值引用、移动语义与完美转发在C或者C语言中一个表达式可以是字面量、变量、对象、函数的返回值等根据其使用场景不同分为左值表达式和右值表达式。一、左值和右值的定义1.左值的英文为locator value简写为lvalue可意为存储在内存中、有明确存储地址可寻址的数据2.右值的英文为read value简写为rvalue指的是那些可以提供数据值的数据不一定可寻址例如存储与寄存器中的数据二、如何判断一个表达式是左值还是右值大多数场景1.可位于赋值号左侧的表达式就是左值反之只能位于赋值号右侧的表达式就是右值。例如1inta 5;其中变量a就是一个左值而字面量5就是一个右值。注C中的左值可以当作右值使用反之则不行如123intb 10;//b是一个左值a b;//a、b都是左值只不过b可以当作右值使用10 b;//错误10是一个右值不能当作左值使用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为右值以上面定义的变量a、b为例a和b是变量名则通过a和b可以获得他们的存储地址因此a和b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字面量通常存储在寄存器中或者和代码存储在一起因此5、10都是右值三、C右值引用C 98/03标准中就有引用但这里的引用只能操作左值无法对右值添加引用故被称为左值引用例如123intnum 10;intb num;//正确intc 10;//错误注意虽然C 98/03标准不支持为右值建立非常量左值引用但允许使用常量左值引用操作右值。即常量左值引用既可以操作左值也可以操作右值例如123intnum 10;constintb num;//正确constintc 10;//正确为什么需要右值引用右值往往是没有名称的因此要使用它只能借助引用的方式。这就产生一个问题实际开发中我们可能需要对右值进行修改如实现移动语义时而是用常量左值引用的方式是无法做到这一点的。为此C11新标准引入了另一种引用方式成为右值引用用表示需要注意的是和声明左值引用一样右值引用也必须立即进行初始化操作且只能使用右值进行初始化比如123intnum 10;inta num;//错误右值引用不能初始化为左值inta 10;//正确和常量左值引用不同的是右值引用还可以对右值进行修改。例如12inta 10;a 100;//正确另外C语法上是支持定义常量右值引用的例如1constint a 10;但这种定义出来的右值引用并无实际用处。一方面右值引用主要用于移动语义和完美转发其中前者需要有修改右值的权限其次常量右值引用的作用就是引用一个不可修改的右值而这项工作常量左值引用就可以完成四、std::move()与移动语义C11标准中借助右值引用可以为指定类添加移动构造函数这样当使用该类的右值对象可以理解为临时对象初始化同类对象时编译器会优先选择移动构造函数。注移动构造函数的调用时机是用同类的右值对象初始化新对象。那么当用此类的左值对象有名称能获取其存储地址的实例对象初始化同类对象时如何调用移动构造函数呢C11给出的解决方案就是调用std::move()函数。虽然move是移动的意思但是该函数并不移动任何数据它的功能是将某个左值强制转化为右值常用于实现移动语义用法示例123456789101112131415161718192021222324252627282930#includeiostream#includeutilityusingnamespacestd;classmovedemo{public:movedemo():num(newint(0)) {cout construct! endl;}//copy constructormovedemo(constmovedemo d):num(newint(*d.num)) {cout copy constrct! endl;}//move constructormovedemo(movedemo d):num(d.num) {d.num NULL;cout move construct! endl;}private:int*num;};intmain(){movedemo demo;cout demo2:\n;movedemo demo2 demo;cout demo3:\n;movedemo demo3 std::move(demo);//执行完之后demo.num会置为空return0;}程序运行结果construct!demo2:copy constrct!demo3:move construct!通过观察程序的输出结果以及对比 demo2 和 demo3 初始化操作不难得知demo 对象作为左值直接用于初始化 demo2 对象其底层调用的是拷贝构造函数而通过调用 move() 函数可以得到 demo 对象的右值形式用其初始化 demo3 对象编译器会优先调用移动构造函数。五、 完美转发什么是完美转发它指的是函数模板可以将自己的参数“完美”地转发给内部调用的其他函数。所谓完美即不仅能准确地转发参数的值还能保证被转发参数的左、右值属性不变举个栗子:1templatetypenameTvoidfunction(T t) { otherdef(t);}如上所示function()函数模板中调用了otherdef()函数。在此基础上完美转发指的是如果function()函数接收到的参数t为左值那么该函数传递给otherdef()的参数t也是左值反之如果function()函数接收到的参数t为右值那么传递给otherdef()函数的参数t也必须为右值。显然上面这个例子中function()函数模板并没有实现完美转发。一方面参数t为非引用类型这意味着在调用function()函数时实参将值传递给形参的过程就需要额外进行一次拷贝操作另一方面无论调用function()函数模板时传递给参数t的是左值还是右值对于函数内部的参数t来说它有自己的名称也可以获取它的存储地址因此它永远都是左值即传递给otherdef()函数的参数t永远都是左值。总之无论从哪个角度看function()函数的定义都不“完美”。为什么需要完美转发C11新标准中引入了右值引用和移动语义因此很多场景中是否实现完美转发直接决定了该参数的传递过程使用的是拷贝语义调用拷贝构造函数还是移动语义调用移动构造函数如何实现完美转发C98/03标准由于没有右值引用只能通过重载函数模板可通过常量左值引用传递右值的方式实现转发且这种方式存在弊端如此实现方式只适用于模板函数仅有少量参数的情况否则就需要编写大量的重载函数模板造成代码的冗余。为了方便用户更快速地实现完美转发C11标准中允许在函数模板中使用右值引用来实现完美转发C11标准中规定通常情况下右值引用形式的参数只能接收右值不能接收左值。但对于函数模板中使用右值引用语法定义的参数来说它不再遵守这一规定既可以接收右值也可以接收左值此时的右值引用又被称为“万能引用”仍以function()函数为例在C11标准中实现完美转发只需编写如下一个模板函数即可1templatetypenameTvoidfunction(T t) {otherdef(t);}此模板函数的参数t既可以接收左值也可以接收右值。但仅仅使用右值引用作为函数模板的参数是远远不够的还有一个问题需要解决即如果调用function()函数时为其传递一个左值引用或右值引用的实参如下所示123intn 10;intnum n;function(num);//T为int int num2 11;function(num2); //T为int 其中由function(num)实例化的函数底层就变成了function(int t)而由function(num2)实例化的函数底层则变成了function(int t)。C98是不支持这种语法的而C11为了更好地实现完美转发专门为其指定了新的类型匹配规则又称为引用折叠规则假设A表示实际传递参数的类型当实参为左值或左值引用A时函数模板中T将转变为AA A当实参为右值或右值引用A时函数模板中T将转变为AA A上述规则的含义是在实现完美转发时只要函数模板的参数类型为T则C可以自行准确地判定实际传入的实参是左值还是右值通过将函数模板的形参类型设置为T我们可以很好地解决接收左、右值的问题。但除此之外还需要解决一个问题即无论传入的形参是左值还是右值对于函数模板内部来说形参既有名称又能寻址因此它都是左值。那么如何才能将函数模板接收到的形参连同其左、右值属性一起传递给被调用的函数呢答案就是使用C11提供的模板函数forward()注意其和move的区别是forward要通过显式模板实参来使用用法示例12345678910111213141516171819202122232425262728#include iostream#include utilityusing namespace std;//重载被调用函数查看完美转发的效果templatetypenameTvoid print(T t){cout lvalue endl;}templatetypename Tvoid print(T t){ cout rvalue endl;}templatetypename Tvoid TestForward(T v){print(v);print(std::forwardT(v));print(std::move(v));}int main(){TestForward(1);cout endl;intx1;TestForward(x);cout endl;TestForward(std::forwardint(x));return 0;}程序执行结果为