- 这一部分内容只是帮助理解 C++(11) 中左值与右值的概念。
- 在编程实践中，因为编译器优化的存在，特别是其中的返回值优化（Return Value Optimization, RVO）使你不需要额外关注左值与右值的区别，像 C++(03) 一样编程即可。
C++11 rvalues and move semantics confusion (return statement) - Stack Overflow
- 除非你在进行库的开发，特别是涉及模板元编程等内容时，需要实现移动构造函数（move constructor），或者完美转发
T t1; // 类型 T
T& t2 = t1; // T& 表示 T 的左值引用类型，t2 是左值引用类型的变量，它引用的是一个左值
T&& t3 = T(); // T&& 表示 T 的右值引用类型，t3 是右值引用类型的变量，它引用的是一个右值
T& t4 = T(); // err: 左值引用 不能绑定一个 右值
T&& t5 = t1; // err: 右值引用 不能绑定一个 左值
const T& t6 = t1; // const T& 表示 T 的常量（左值）引用
const T& t7 = T(); // 常量引用类型是“万能”的引用类型
// 不能把 常量类型 绑定到 非常量引用类型 上
T&& t8 = t6; // err: 不能把常量类型绑定到 右值引用类型
T& t9 = t6; // err: 也不能把常量类型绑定到 左值引用类型这里的变量 t1~t9 都是左值，因为它们都有名字
template<typename T> // 模板元编程
void foo(T&& t) { } // 此时 T&& 不是右值引用类型，而是未定引用类型
void bar(int&& v) { } // 非模板编程，int&& 是明确的右值引用类型
foo(10); // OK: 未定引用类型 t 绑定了一个右值
bar(10); // OK: 右值引用类型 v 绑定了一个右值
int x = 10;
foo(x); // OK: 未定引用类型 t 绑定了一个左值
bar(x); // err: 右值引用类型 v 不能绑定一个左值
int&& p = x; // err
auto&& t = x; // OK- 此时，
T&&就不再是右值引用类型，而是未定引用类型
- 能被
&取地址的就是左值int foo; // foo 是一个左值 cout << &foo; // 可以被取地址 foo = foo + 5; // foo + 5 是一个左值 cout << &(foo+5); // err cout << &1; // err- 多数常数、字符等字面量都是右值，但字符串是左值
- 虽然字符串字面量是左值；但它是 const 左值（只读对象），所以也不能对它赋值
cout << &'a'; // err: lvalue required as unary '&' operand cout << &"abc"; // OK, 可以对字符串取地址 "abc" = "cba"; // err: assignment of read-only location
为什么字符串字面量是对象？——节省内存，同一份字符串字面量引用的是同一块内存
- 所有的具名变量或对象都是左值，而匿名变量/临时变量则是右值
- 匿名变量/临时变量的特点是表达式结束后就销毁了
int i = 5; // int 型字面量 auto f = []{return 5;}; // lambda 表达式
- 所有的右值引用叠加到右值引用上仍然还是一个右值引用。（
T&& && 变成 T&&） - 所有的其他引用类型之间的叠加都将变成左值引用。 （
T& &, T& &&, T&& & 都变成 T&） - 对常量引用规则一致
- 示例
typedef int & lRef; typedef int && rRef; typedef const int & lcRef; typedef const int && rcRef; int main() { int a = 10; // 左值引用 lRef b = a; // T& lRef & c = a; // T& & lRef && d = a; // T& && rRef & e = a; // T&& & // 右值引用 rRef f = 10; // T&& rRef && g = 10; // T&& && // 左值引用 lcRef b2 = a; // const T& lcRef & c2 = a; // const T& & lcRef && d2 = a; // const T& && rcRef & e2 = a; // const T&& & // 右值引用 rcRef f2 = 10; // const T&& rcRef && g2 = 10; // const T&& && return 0; }
move()的主要作用是将一个左值转为 xvalue（右值）, 其实现本质上是一个static_cast<T>forward()主要用于实现完美转发，其作用是将一个类型为（左值/右值）引用的左值，转化为它的类型所对应的值类型（左值/右值）觉得难以理解的话，就继续看下去吧
- 左值表示是“对象”（object），右值表示“值”（value）——“对象”内存储着“值”
- 左值
->右值的转换可看做“读取对象的值”（reading the value of an object） - 其他说法：
- 左值是可以作为内存单元地址的值；右值是可以作为内存单元内容的值
- 左值是内存中持续存储数据的一个地址；右值是临时表达式结果
-
C++11 开始，表达式一般分为三类：左值（lvalue）、消亡值（xvalue）和纯右值（prvalue）；
-
其中左值和消亡值统称泛左值（glvalue）；
消亡值和纯右值统称右值（rvalue）。
int i = getI(); // getI() 会返回一个 int 型的临时变量
T&& t = getT(); // t 是一个右值引用
// getT() 同样返回一个临时变量，但是该临时变量被“引用”了
// 因此生命周期得到了延长
getI()和getT()都返回一个临时变量，但是getT()产生的临时变量不会在表达式结束后就马上销毁，而是会被“续命”——它的声明周期将和它的引用类型变量t一样长。
int g_constructCount=0;
int g_copyConstructCount=0;
int g_destructCount=0;
struct A {
A(){ // 基本构造
cout<<"construct: "<<++g_constructCount<<endl;
}
A(const A& a) { // 拷贝构造
cout<<"copy construct: "<<++g_copyConstructCount <<endl;
}
~A() { // 析构
cout<<"destruct: "<<++g_destructCount<<endl;
}
};
A getA() {
A a; // 第一次构造
return a;
// return A(); // 等价，分开写是为了便于说明
}
int main() {
A a2 = getA(); // 非右值引用
A&& a3 = getA(); // 右值引用
return 0;
}- 非右值引用，关闭返回值优化
construct: 1 // 第一次构造，getA() 中的局部变量 a copy construct: 1 // 第二次构造，将 a 复制给一个临时变量 destruct: 1 // 析构局部变量 a copy construct: 2 // 第三次构造，将临时变量复制给 a2 destruct: 2 // 析构临时变量 destruct: 3 // 程序结束，析构变量 a2
- 右值引用，关闭返回值优化
construct: 1 // 第一次构造，getA() 中的局部变量 a copy construct: 1 // 第二次构造，将 a 复制给一个临时变量 // 右值引用 a3 延长了临时变量的声明周期，使其没有马上被析构 destruct: 1 // 析构局部变量 a destruct: 2 // 程序结束，析构变量 a3
利用常量引用也能避免临时对象的拷贝与析构 -> 常量（左值）引用
返回值优化做的更彻底 -> 返回值优化 RVO
int&& v1 = 1; // OK: v1 是右值引用类型，且 1 是右值
int&& v2 = v1; // err: v2 是右值引用类型，但 v1 是左值T&& t在发生自动类型推断时，是未定的引用类型- 比如模板元编程，auto 关键字等
- 如果
t被一个左值初始化，它就是一个左值；如果t被一个右值初始化，它就是一个右值
template<typename T> // 模板元编程 void foo(T&& t) { } // 此时 T&& 不是右值引用类型，而是未定引用类型 foo(10); // OK: 未定引用类型 t 绑定了一个右值 int x = 10; foo(x); // OK: 未定引用类型 t 绑定了一个左值 int&& p = x; // err auto&& t = x; // OK
- 仅当发生自动类型推导时（模板编程，auto 关键字），
T&&才是未定引用类型void bar(int&& v) { } // 非模板编程，int&& 是明确的右值引用类型 bar(10); // OK: 右值引用类型 v 绑定了一个右值 int x = 10; bar(x); // err: 右值引用类型 v 不能绑定一个左值
- 右值引用是 C++11 引入的概念
- 在 C++11 前，是如何避免临时对象的拷贝和析构呢？——利用常量左值引用
const A& a = getA(); // OK: 常量左值引用可以接受右值
- 常量左值引用是一个“万能”的引用类型，可以接受左值、右值、常量左值和常量右值
- 普通的左值引用不能接受右值
A& a = getA(); // err: 非常量左值引用只能接受左值
- 利用右值引用可以避免临时对象的拷贝可析构
- 但编译器的返回值优化（Return Value Optimization, RVO）做得“更绝”，直接回避了所有拷贝构造
int g_constructCount=0; int g_copyConstructCount=0; int g_destructCount=0; struct A { A(){ // 基本构造 cout<<"construct: "<<++g_constructCount<<endl; } A(const A& a) { // 拷贝构造 cout<<"copy construct: "<<++g_copyConstructCount <<endl; } ~A() { // 析构 cout<<"destruct: "<<++g_destructCount<<endl; } }; A getA() { A a; // 第一次构造 return a; // return A(); // 等价，分开写是为了便于说明 } int main() { A aa = getA(); // 第二次构造：把 a 复制给一个临时变量， // 第三次构造：把临时变量复制给 aa // 开启优化后，相当于直接把 a “改名”成 aa 了，所以只有一次构造 return 0; }
- 关闭编译器优化的结果
construct: 1 // 第一次构造，getA() 中的局部变量 a copy construct: 1 // 第二次构造，将 a 复制给一个临时变量 destruct: 1 // 析构局部变量 a copy construct: 2 // 第三次构造，将临时变量复制给 aa destruct: 2 // 析构临时变量 destruct: 3 // 程序结束，析构变量 aa
- 开启编译器优化
construct: 1 // 构造局部变量 a，在编译的优化下，相当于直接将 a “改名” aa destruct: 1 // 程序结束，析构变量 aa
- 返回值优化并不是 C++ 的标志，是各编译器优化的结果，但是这项优化并不复杂，所以基本流行的编译器都提供
- 关闭编译器优化的结果
- 带有堆内存的类，必须提供一个深拷贝构造函数，以避免“指针悬挂”问题
所谓指针悬挂，指的是两个对象内部的成员指针变量指向了同一块地址，析构时这块内存会因被删除两次而发生错误
class A { public: A(): m_ptr(new int(0)) { // new 堆内存 cout << "construct" << endl; } A(const A& a):m_ptr(new int(*a.m_ptr)) { // 深拷贝构造函数 cout << "copy construct" << endl; } ~A(){ // cout << "destruct" << endl; delete m_ptr; // 析构函数，释放堆内存的资源 } private: int* m_ptr; // 成员指针变量 }; A getA() { return A(); } int main() { A a = getA(); return 0; }
- 输出（关闭 RVO）
construct copy construct copy construct
如果不关闭 RVO，只会输出
construct - 提供深拷贝能够保证程序的正确性，但会带来额外的性能损耗——临时对象也会申请一块内存，然后又马上被销毁了；如果堆内存很大的话，这个性能损耗是不可忽略的
- 对于临时对象而言，深拷贝不是必须的
- 利用右值引用可以避免无谓的深拷贝——移动拷贝构造函数
- 相比上面的代码，这里只多了一个移动构造函数——一般会同时提供拷贝构造与移动构造
class A { public: A(): m_ptr(new int(0)) { // new 堆内存 cout << "construct" << endl; } A(const A& a): m_ptr(new int(*a.m_ptr)) { // 深拷贝构造函数 cout << "copy construct" << endl; } A(A&& a): m_ptr(a.m_ptr) { // 移动构造函数 a.m_ptr = nullptr; // 把参数对象的指针指向 nullptr cout << "move construct" << endl; } ~A(){ // cout << "destruct" << endl; delete m_ptr; // 析构函数，释放堆内存的资源 } private: int* m_ptr; // 成员指针变量 }; A getA() { return A(); } int main() { A a = getA(); return 0; }
- 输出（关闭返回值优化）
construct move construct // 没有调用深拷贝，值调用了移动构造函数 move construct如果不关闭 RVO，只会输出
construct - 这里没有自动类型推断，所以
A&&一定是右值引用类型，因此所有临时对象（右值）会匹配到这个构造函数，而不会调用深拷贝 - 对于临时对象而言，没有必要调用深拷贝
- 这就是所谓的移动语义——右值引用的一个重要目的就是为了支持移动语义
- 移动语义是通过右值引用来匹配临时值，从而避免深拷贝
- 利用
move()方法，可以将普通的左值转化为右值来达到避免深拷贝的目的class A { public: A(): m_ptr(new int(0)) { // new 堆内存 cout << "construct" << endl; } A(const A& a): m_ptr(new int(*a.m_ptr)) { // 深拷贝构造函数 cout << "copy construct" << endl; } A(A&& a): m_ptr(a.m_ptr) { // 移动构造函数 //a.m_ptr = nullptr; // 为了实验，这里没有把参数对象的指针指向 nullptr cout << "move construct" << endl; } ~A(){ // cout << "destruct" << endl; delete m_ptr; // 析构函数，释放堆内存的资源 } int get_data() { return *m_ptr; } void set_data(int v) { *m_ptr = v; } private: int* m_ptr; // 成员指针变量 }; int main() { A a1; // construct a1.set_data(1); cout << a1.get_data() << endl; // 1 A a2 = a1; // copy construct cout << a2.get_data() << endl; // 1 a2.set_data(2); cout << a2.get_data() << endl; // 2 cout << a1.get_data() << endl; // 1 A a3 = move(a1); // move construct a3.set_data(3); cout << a3.get_data() << endl; // 3 cout << a1.get_data() << endl; // 3: 因为没有深拷贝，指向的是同一块地址 return 0; }
- 运行结果
construct 1 copy construct 1 2 1 move construct 3 3
- 运行结果
- STL 容器的移动语义
{ list<string> tokens; //省略初始化... list<string> t = tokens; // 这里存在深拷贝 } list<string> tokens; list<string> t = move(tokens); // 这里没有深拷贝- C++11 中所有的容器都实现了移动语义
move()实际上并没有移动任何东西，它唯一的功能是将一个左值强制转换为一个右值引用- 如果没有对应的移动构造函数，那么使用
move()仍会发生深拷贝，比如基本类型，定长数组等 - 因此，
move()对于含有资源（堆内存或句柄）的对象来说更有意义。
- 右值引用的引入，使函数可以根据值的类型（左值或右值）进行不同的处理
- 于是又引入了一个问题——如何正确的传递参数，保持参数作为左值或右值的特性
- 转发失败的例子：
void processValue(int& a) { cout << "lvalue" << endl; } void processValue(int&& a) { cout << "rvalue" << endl; } template <typename T> void forwardValue(T&& val) { processValue(val); // 因为 val 本身是一个左值 // 所以无论 val 是左值引用类型还是右值引用类型的变量 // 都只会调用 processValue(int& a) } int main() { int i = 1; forwardValue(i); // 传入一个左值 // val 会被推断为是一个左值引用类型 forwardValue(1); // 传入一个右值 // 虽然 val 会被推断为是一个右值引用类型，但它本身是一个左值 return 0; }
- 输出
lvalue lvalue
- 无论传入的是左值还是右值，val 都是一个左值
- 输出
这里写的不够详细，有时间在整理
- 在函数模板中，
T&&实际上是未定引用类型，它是可以得知传入的对象是左值还是右值的 - 这个特性使其可以成为一个参数的路由，利用
forward()实现完美转发 std::forward<T>()可以保留表达式作为“对象”（左值）或“值”（右值）的特性- 利用
std::forward<T>()实现完美转发：不可以用变量接收
forward<T>()的返回值，因为所有具名变量都是左值void processValue(int& a) { cout << "lvalue" << endl; } void processValue(int&& a) { cout << "rvalue" << endl; } template <typename T> void forwardValue(T&& val) { processValue(forward<T>(val)); // 利用 forward 保持对象的左右值特性 // 必须把 forward<T>(val) 打包作为参数，否则都达不到完美转发的目的 // auto v = forward<T>(val); // processValue(v); // auto&& v = forward<T>(val); // processValue(v); } int main() { int i = 1; forwardValue(i); // 传入一个左值 forwardValue(1); // 传入一个右值 return 0; }
- 输出
lvalue rvalue
- 正确实现了转发
- 输出
- The lvalue/rvalue metaphor — Joseph Mansfield
- 关于C++左值和右值区别有没有什么简单明了的规则可以一眼辨别？ - 知乎
- 从4行代码看右值引用 - qicosmos(江南) - 博客园
- c++11 中的 move 与 forward - twoon - 博客园
- 左值右值的一点总结 - twoon - 博客园