【C++】右值引用与完美转发

一、右值引用：

1、左值与右值：

2、左值引用和右值引用：

二、右值引用的使用场景：

1、左值引用的使用场景：

2、右值引用的使用场景：

移动构造

移动赋值

三、完美转发：

1、万能引用：

2、实际使用：

一、右值引用：

1、左值与右值：

在了解右值引用前，要先了解什么是左值引用（其实在之前已经使用过很多回了），那么要了解什么是左值引用，就先要了解什么是左值什么是右值

在等号左边的值叫左值吗？在等号右边的值叫右值吗？

显然定义不会这么简单的，但是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，也就是说在等号左边的值一定不是右值，在等号右边的可以是左值或右值

左值：

能够进行取地址的操作，也可以被修改

如下的a，b，c都是左值

int main()
{int a = 10;const int b = 10;int* c = new int(0);return 0;
}

右值：

不能够进行取地址的操作，一般不能够被修改

如下，10，x，fmin(x,y)的返回值就是右值

int main()
{double x = 1.1, y = 2.2;//如下就是右值10;x + y;fmin(x, y);return 0;
}

理解：

1、右值的本质是一个临时变量或者常量值
2、这些临时变量是没有被实际存储起来的，所以无法对右值取地址
3、像上述的fmin的返回值，其实际上就是一份临时拷贝，所以算作右值

2、左值引用和右值引用：

什么是左值引用：

左值引用就是给左值取别名

int main()
{int a = 10;const int b = 10;int* c = new int(0);//这就是左值引用int& pa = a;const int& pb = b;int*& pc = c;return 0;
}

什么是右值引用：

右值引用就是给右值取别名

int main()
{double x = 1.1, y = 2.2;//如下就是右值10;x + y;fmin(x, y);//这个就是右值引用int&& p1 = 10;int&& p2 = x + y;int&& p3 = fmin(x, y);return 0;
}

这里在给右值取别名后，右值会被存储到特定的位置，此时就能够取到该位置的地址了

左值引用可以引用右值吗 ----- 可以

但是，左值引用不能直接引用右值，因为右值不能够被修改，左值可以修改，如果直接引用的话权限会存在放大问题，所以如果想要左值引用右值就需要加上const修饰

像我们之前在函数参数传参的时候经常写const T& x，这就是保证既能够传左值，又能够传右值

template<class T>
void func(const T& val)
{cout << val << endl;
}
int main()
{string s("111");func(s);       //s为左值func("222"); //"222"为右值return 0;
}

右值引用可以引用左值吗 ----- 可以

但是，右值引用也不能直接引用左值，如果想要引用左值，就需要加上move后的左值

int main()
{int a = 10;//右值引用给左值取别名int&& pa = move(a);return 0;
}

为什么加上move后才能让右值引用来引用左值呢？

我们首先要知道，左值引用或者右引用都是在给资源取别名，对于左值引用，就是直接指向原本的数据，对于右值引用，我们知道原本是没有空间资源的，那么右值引用引用右值就是首先开辟一块空间，然后将常量或者临时变量转移到开辟好的地方，然后在指向该地方

所以右值引用的本质是对右值进行资源的转移

此时就有空间资源了，此时就能够取地址了，并且能够对其进行修改了

对于常量，临时变量，表达式的结果这些右值，编译器在右值引用的时候会直接将这些右值进行转移资源，但是对于左值，编译器不敢直接转移，这个时候编译器就为用户提供了一个函数move，当进行move左值的时候，就能够让右值引用引用左值了

二、右值引用的使用场景：

1、左值引用的使用场景：

左值引用既能够引用左值，又能够引用右值，但是还是存在短板，所以在C++11里面，引入了右值引用来弥补左值引用的短板

在左值引用中：

1、左值引用做参数，防止传参是的拷贝
2、左值引用做返回值，防止返回时对返回对象进行拷贝

首先，写一个自己的string类，在里面写上部分cout来方便打印观察

namespace ppr
{class string{public:typedef char* iterator;iterator begin(){return _str;//返回字符串中第一个字符的地址}iterator end(){return _str + _size;//返回字符串中最后一个字符的后一个字符的地址}//构造函数string(const char* str = ""){_size = strlen(str);_capacity = _size;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}//交换两个对象的数据void swap(string& s){std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);}//拷贝构造函数（现代写法）string(const string& s):_str(nullptr),_size(0),_capacity(0){cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;string tmp;swap(tmp);}//移动构造函数（现代写法）string(string&& s):_str(nullptr), _size(0), _capacity(0){cout << "string(string&& s) -- 移动构造" << endl;swap(s);}//赋值运算符重载（现代写法）string& operator=(const string& s){cout << "string& operator=(const string& s) -- 深拷贝" << endl;string tmp;swap(tmp);return *this;}//析构函数~string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = 0;_capacity = 0;}//[]运算符重载char& operator[](size_t i){assert(i < _size);return _str[i];}//改变容量，大小不变void reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strncpy(tmp, _str, _size + 1);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}//尾插字符void push_back(char ch){if (_size == _capacity){reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);}_str[_size] = ch;_str[_size + 1] = '\0';_size++;}//+=运算符重载string operator+=(char ch){push_back(ch);string tmp(*this);return tmp;}//返回C类型的字符串const char* c_str()const{return _str;}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;};
}

接着看看左值引用的使用场景

//首先，看看左值引用的使用场景
//值传参
void func1(ppr::string s)
{cout << "void func1(ppr::string s)" << endl;
}
//左值引用传参
void func2(const ppr::string& s)
{cout << "void func2(const ppr::string& s)" << endl;
}int main()
{ppr::string ret1("1111111111111");func1(ret1);//这里采用深拷贝func2(ret1);ret1 += '0';//里面return *this 的时候，也会进行拷贝构造return 0;
}

其中，在func1的时候，传值传参会进行一次拷贝构造，在+=那里，返回* this的时候，也会进行一次拷贝构造这样的话会看到两次深拷贝

左值引用短板：

左值引用能够避免不必要的拷贝构造，但是并不能完全避免

左值引用做参数的时候，能够完全避免传参时的拷贝
左值引用做返回值的时候，不能完全避免拷贝

比如如果返回的是一个局部变量，在返回的时候局部变量被销毁了，此时如果使用左值引用进行返回，就会返回的野指针，此时就不能够用左值引用返回，需要老老实实地值拷贝

如下会进行两次拷贝操作，然后将ret返回

如果在新一点的编译器会进行优化，只需进行一次拷贝操作

如果是引用传参，此时局部变量的局部空间，在出了函数作用域之后就会被释放，此时就会出问题

所以，C++11为了解决这类问题，提出了右值引用来解决这种场景

2、右值引用的使用场景：

右值分为 纯右值 和 将亡值

纯右值：内置类型的右值
将亡值：自定义类型的右值

右值引用和移动语句解决上述问题的方式就是，给当前模拟实现的string类增加移动构造方法

移动构造

移动构造本质是将参数右值的资源窃取过来，占位已有，那么就不用做深拷贝了，所以它叫做移动构造，就是窃取别人的资源来构造自己

如果没加上述的移动拷贝，就会出现深拷贝

如果加上移动构造，那么就会走移动构造函数，这样就能更加减少拷贝

移动构造的本质就是将参数的右值窃取过来，占为己有，这样它就不用再深度拷贝了，所以叫做移动构造

移动构造和拷贝构造的区别：

1、在没有增加移动构造之前，由于拷贝构造采用的是const左值引用接收参数，因此无论拷贝构造对象时传入的是左值还是右值，都会调用拷贝构造函数
2、增加移动构造之后，由于移动构造采用的是右值引用接收参数，因此如果拷贝构造对象时传入的是右值，那么就会调用移动构造函数
3、string的拷贝构造函数做的是深拷贝，而移动构造函数中只需要调用swap函数进行资源的转移，因此调用移动构造的代价比调用拷贝构造的代价小

左值引用：直接引用对象以减少拷贝

右值引用：间接减少拷贝，将临时资源等将亡值的资源通过移动构造进行转移，减少拷贝

移动赋值

移动赋值是一个赋值运算符重载函数，该函数的参数是右值引用类型的，移动赋值也是将传入右值的资源窃取过来，占为己有，这样就避免了深拷贝，之所以它叫移动赋值，就是窃取别人的资源来赋值给自己的意思

// 赋值重载
string& operator=(const string& s) 
{cout << "string& operator=(string s) -- 深拷贝" << endl; string tmp(s); swap(tmp); return *this;
}
//移动赋值
string& operator=(string&& s) 
{cout << "string& operator=(string && s) -- 移动拷贝" << endl; swap(s); return *this;
}

string& operator=(const string& s) 和string& operator=(string&& s) 的区别：

1、在没有string& operator=(string&& s) 的时候，如果进行=操作，那么无论是左值还是右值传参都会调用string& operator=(const string& s) 这个函数

2、在增加移动赋值后，如果是左值就调用原来的函数，如果是右值就调用新加的移动赋值函数

3、移动赋值函数是通过swap函数进行资源的交换，而原来的operator=是通过深拷贝进行，因此，移动赋值的代价比原来的要小

三、完美转发：

1、万能引用：

template<class T>
void PerfectForward(T&& t)
{//...
}

这里函数中的参数并不是右值引用，如果传的模板是左值，这里的参数就是左值引用，相反如果传的模板是右值，那么这里的参数就是右值引用

void func(int& a)
{cout << "左值引用" << endl;
}
void func(const int& a)
{cout << "const 左值引用" << endl;
}
void func(int&& a)
{cout << "右值引用" << endl;
}
void func(const int&& a)
{cout << "const 右值引用" << endl;
}
template<class T>
void perfectForward(T&& val)
{func(val);
}int main()
{int a = 10;perfectForward(a); //左值const int b = 10;  //const 左值perfectForward(b);perfectForward(move(a)); // 右值perfectForward(move(b)); //const 右值return 0;
}

如上，这就是通过func函数重载，来观察编译器会怎样进行函数调用

如上，这是运行结果，为什么会这样呢？难道是编译器做的不对吗，在实际调用中，4个函数没有一个是进入了右值引用，均匹配的是左值引用版本，这是为什么呢？

当对右值进行引用后，会导致右值被存储到特定的位置，此时就能够对这个引用后的右值进行取地址了，这样的话，这个右值就模版被识别成左值了

也就是说，在右值引用过一次后，会导致右值变成左值，但是如果想要继续保证其右值的属性，此时就需要用到完美转发

如上，在对右值引用进行传参的时候，在前面加上forward<T>，这样经过完美转发后，调用PerfectForward函数时传入的是右值就会匹配到右值引用版本的Func函数，传入的是const右值就会匹配到const右值引用版本的Func函数

forward是一个模板函数，需要指定模板参数类型T，确保能正确推导并传递

2、实际使用：

首先实现一个建议的list，在其中实现左值引用的push_back和insert函数

namespace ppr
{template<class T>struct ListNode{T _data;ListNode* _next = nullptr;ListNode* _prev = nullptr;};template<class T>class list{typedef ListNode<T> node;public://构造函数list(){_head = new node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}//左值引用版本的push_backvoid push_back(const T& x){insert(_head, x);}//右值引用版本的push_backvoid push_back(T&& x){insert(_head, x);}//左值引用版本的insertvoid insert(node* pos, const T& x){node* prev = pos->_prev;node* newnode = new node;newnode->_data = x;prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = pos;pos->_prev = newnode;}//右值引用版本的insertvoid insert(node* pos, T&& x){node* prev = pos->_prev;node* newnode = new node;newnode->_data = x;prev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = pos;pos->_prev = newnode;}private:node* _head; //指向链表头结点的指针};
}

接着进行左值和右值的push_back版本的调用

int main()
{ppr::list<ppr::string> lt;ppr::string s1("111111111111111");//左值的push_backlt.push_back(s1);cout << endl << endl;ppr::string s2("111111111111111");//右值的push_backlt.push_back(move(s2));cout << endl << endl;lt.push_back("22222222222222222");//右值的push_backreturn 0;
}