C++程序设计——右值引用

一、右值引用概念

引用：

        C++98中提出了引用的概念，引用即别名，引用变量与其引用实体共用同一块内存空间，而引用的底层是通过指针来实现，因此使用引用，可以提高程序的可读性。

右值引用(类型&& 右值)：

（1）为了提高程序的运行效率，C++11中引入了右值引用；

（2）右值引用也是别名；

（3）只能对右值进行引用。

（4）右值有了名字后，就成了一个普通变量，也就是左值。

二、左值与右值

一般认为：

（3）如果表达式的运行结果是一个临时变量或者对象，认为是右值。

（4）如果表达式运行的结果或单个变量是一个引用，认为是左值。

C++11对右值进行了严格区分：

（1）C语言中的纯右值，比如：10，a+b；

（2）将亡值，比如：表达式的中间结果、函数按照值的方式进行返回。

三、引用与右值引用比较

C++98中的普通引用与const引用，在其引用实体上的区别：

（1）普通引用只能引用左值，不能引用右值；

（2）const引用既可以引用左值，也可以引用右值。

C++ 11中右值引用：

（1）只能引用右值；

（2）一般情况不能直接引用左值。

 （3）右值引用引用左值方法：使用move函数进行转换。

四、值形式返回对象的缺陷

        如果一个类中涉及到资源的管理，用户必须显示的提供拷贝构造函数、赋值运算符重载、析构函数，否则编译器将会自动生成默认的成员函数。而当遇到拷贝对象或对象之间相互赋值的情况时，就会出现一些问题，比如：

class String {
public:
	String(const char* str = "") {
		if (nullptr == str) {
			str = "";
		}
		_str = new char[strlen(str) + 1];
		strcpy(_str, str);
	}
	String(const String& s)
		: _str(new char[strlen(s._str) + 1])
	{
		strcpy(_str, s._str);
	}

	String& operator=(const String& s) {
		if (this != &s) {
			char* temp = new char[strlen(s._str) + 1];
			strcpy(temp, s._str);
			delete[] _str;
			_str = temp;
		}
		return *this;
	}
	String operator+(const String& s) {
		char* temp = new char[strlen(_str) + strlen(s._str) + 1];
		strcpy(temp, _str);
		strcpy(temp + strlen(_str), s._str);
		String result(temp);
		delete[] temp;
		return result;
	}

	~String() {
		if (_str) {
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
	}

public:
	char* _str;
};

int main() {
	String s1("hello ");
	String s2("world");
	String s3;
	s3 = s1 + s2;
}

        在执行s3 = s1 + s2时，其中operator+是以值形式返回。那么result在返回前，就必须创建一个临时对象，临时对象创建好后，result就被销毁了，然后使用返回的临时对象去赋值s3，赋值完成后，临时对象就被销毁掉。

        可以发现，result、返回的临时对象、s3每个对象创建后，都有自己的空间，且它们存放的内容也相同，相当于创建了三个内容完全相同的对象，对于空间是一种浪费，程序的效率也较低。

优化思路：

        如果可以将result的空间转移给临时对象，临时对象在赋值s3时，再将空间转移给s3，这样就相当于只开辟了一次空间。

实现方法：

        可以发现，result相对于临时对象，临时对象相对于s3来说，都是将亡值，也就是右值。所以我们只需要实现一个移动构造函数和移动赋值函数即可，这样对于右值，则会自动调用移动函数，采用转移的方式进行构造或赋值。

注意：

（1）移动构造和移动赋值函数的参数不能设置为const类型的右值引用，否则资源无法转移导致移动语义失效。

（2）C++11之后，类中默认的成员函数就新添加了移动赋值、移动构造两个成员函数，同理若用户自己没有实现，编译器会默认生成，只不过默认生成的也是采用浅拷贝的方式实现的，所以当类中涉及到资源的管理时，也需要自己显示定义实现。

五、右值引用引用左值

        按照语法定义，右值引用只能引用右值，但有些情况下，也需要用右值去引用左值实现移动语义。

        当需要用右值引用引用左值时，可以通过move函数将左值转化为右值。C++11中，std::move()函数，它并不是什么搬移功能，唯一的功能就是将一个左值强制转化为右值，然后实现移动语义。

应用场景示例：

        所以此时就需要我们使用move函数，显示的告诉编译器将s中的_name、_sno当中右值处理，这样在初始化时就会选中去调用String的移动构造函数。

应用反例：

六、完美转发

1. 概念

        完美转发是指在函数模板中，完全依照模板的参数的类型，将参数传递给函数模板中调用的另外一个函数。

所谓完美：

        函数模板在向其他函数传递自身参数时，如果相应实参是左值，它就应该被转发为左值；如果相应实参是右值，它就应该被转发为右值。

2. 目的

        保留其他函数对转发来的参数的左右值属性，进行不同的处理。

比如：

        函数func针对参数的左右值属性不同，有不同的处理方式，所以希望函数模板repost在转发参数时，保留其左右值属性，但通过以上写法是不能达到目的的，除法针对左右值属性，编写两个函数模板，但是这又降低了代码的复用性。

        所以希望能够有一种方法，能够实现repost在转发参数时，保留其左右值属性，即完美转发。

3. 实现

（1）将模板函数（包括类模板和函数模板）的参数书写成“T&& 参数名”的形式，这样模板函数既可以接收左值，也可以接收右值引用。（注意：普通函数不行）

（2）C++11提供了模板函数std::forward<T>(参数)，用于转发参数。如果参数是左值，转发后仍是左值，如果参数是右值引用，转发后仍是右值引用。