CPP11-右值引用

右值引用是cpp11引入的很重要的特性,是为了支持一下两个特性而引入的:

  1. 去除不必要的对象内存拷贝,极大提高了程序运行效率
  2. 在泛型中支持完美转发(Perfect Forwarding),提升编程效率


说在前面:一下所有代码均在g++编译器上进行编译并验证过的

右值引用

我们先来看看它和左值引用的区别

  • 左值:int a = 1;其中a就是左值,那种非临时的对象即有分配内存且有名字的对象就是左值
  • 右值:A a = A(100);其中A(100)就是右值,那种临时对象且之作用于单条语句的对象就是右值。右值也可以称之为“将亡值”即即将销毁的对象
    总的来说,一个是临时对象,一个是非临时对象。cpp11引入了这个特性为了做好左值和右值的区分。那做好区分了之后呢?有什么作用呢?这个就需要讲到移动语义

移动语义

移动语义也叫转移语义,移动语义可以将对象内的内存资源管理权转移到另外一个对象中。移动语义和拷贝语义是相对应的,这两者的区别跟拷贝和剪切的区别一样。因此,移动语义的效率要高于拷贝语义

为了方便理解,我们可以将移动拷贝构造对应浅拷贝拷贝构造对应深拷贝

 #include <iostream>
 using namespace std;
 class A
 {
     public:
         A() { cout << "A()" << endl; }
         A(const A&) { cout << "A(const A&)" << endl; } // 拷贝构造
         A(A&&) { cout << "A(A&&)" << endl; }      // 移动拷贝构造
         A self() { return *this; }
 };
 
 int main()
 {
     A a;
     A a1(a);
     A a2(a.self());
     getchar();
     return 0;
 }

编译执行,输出如下

A()
A(const A&)
A(const A&)

发现输出不符合预期,没有调用移动拷贝构造函数。是因为编译器进行了返回值优化(RVO),需要加上编译参数-fno-elide-constructors来关闭RVO。注意:visual studio无法关闭返回值优化,测试可使用g++编译器
加上-fno-elide-constructors参数后编译执行,输出如下

A()
A(const A&)
A(const A&)
A(A&&)

看了上面的例子,很容易会发现一个很别扭的写法。为什么要这样A a2(a.self());通过调用A::self获取a对象而不直接使用a进行传参?这不是多此一举了?当然这是为了演示使用临时对象(将亡值)构造A对象而取了巧哈哈哈。那有什么方式可以不需要这么麻烦呢?
其实cpp11提供了std::move函数来解决这个问题!调用这个函数并没有任何移动,内部实现只是做了一个类型转化,使其可以将左值引用转化为右值引用。最终a2对象的构造可以改为A a2(std::move(a));

std::move的实现如下

// FUNCTION TEMPLATE std::move
template<class _Ty> _NODISCARD constexpr remove_reference_t<_Ty>&& move(_Ty&& _Arg) noexcept
{   // forward _Arg as movable
    return (static_cast<remove_reference_t<_Ty>&&>(_Arg));
}

但是要注意的是执行A a2(std::move(a));后,对象a的内存就托管给a2,所以对象a成为了无效对象。 在往后的编程中要注意没有必要则不要滥用std::move,例如对于一些临时对象就没有必要使用std::move

完美转发(Perfect Forwarding)

我们先来看看完美转发的使用场景,在讲具体场景前我们先来看看下面代码:

#include <iostream>
using namespace std;
void sum(int a, int b)
{
    cout << a + b << endl;
}

void concat(const string& a, const string& b)
{
    cout << (a + b).c_str() << endl;
}

template <typename FUNC, typename A, typename B>
void invoke(FUNC f, const A& a, const B& b)
{
    f(a, b);
}

int main() 
{
    invoke(sum, 10, 10);
    invoke(concat, "Hello ", "world");
    return 0;
}

执行结果如下:

20
Hello world

一切正常,完美~但是如果这时我们需要增加一个方法,那问题就来了

void increase(int a, int & b)
{
    b = ++a;
}

然后用同样的方法进行调用

    int b = 0;
    invoke(increase, a, b);
    cout << b << endl;

会发现g++编译报错error: binding reference of type ‘int&’ to ‘const int’ discards qualifiers注:vs2017是编译通过并且结果是符合预期,还未深究是否是编译器进行了优化还是cpp17的特性。

如果在没有完美转发(Perfect Forwarding)特性之前我们是如何解决这个问题的呢?很简单,针对这种情况再重载一个方法就可以了

template <typename FUNC, typename A, typename B>
void invoke(FUNC f, const A& a, B& b)
{
    f(a, b);
}

但是如果我们还需要支持&, const &, &, &类型的参数呢?我们来看看重载后的效果~


template <typename FUNC, typename A, typename B>
void invoke(FUNC f, const A& a, const B& b)
{
    f(a, b);
}

template <typename FUNC, typename A, typename B>
void invoke(FUNC f, A& a, const B& b)
{
    f(a, b);
}
template <typename FUNC, typename A, typename B>
void invoke(FUNC f, const A& a, B& b)
{
    f(a, b);
}
template <typename FUNC, typename A, typename B>
void invoke(FUNC f, A& a, B& b)
{
    f(a, b);
}

相信你已经意识到问题在哪了~如果我们到支持N个参数,就需要重载2^N个方法,这对于开发人员来说就是噩梦!!
这时完美转发(Perfect Forwarding)就应运而生了哈哈,那我们来看看该如何改造

template <typename FUNC, typename A, typename B>
void invoke(FUNC f, A&& a, B&& b)
{
    f(a, b);
}

改造之后可以正常运行,且代码明显精简很多了哈哈,但实际上,上面改造还存在问题!!

首先我们来回顾一个知识点,请问:void invoke(FUNC f, A&& a, B&& b)中的a是左值引用还是右值引用?
相信大部分同学会脱口而出右值引用,因为类型是A&&。很好~可惜回答错误,a是一个左值引用!

我在再来看看左值引用的定义:

非临时的对象即有分配内存且有名字的对象就是左值

因此,如果我们需要转发一个右值引用时,上面的改造显然是不够的,这时候我们就需要引入一个转发的重量级方法std::forward
最终改造如下:

template <typename FUNC, typename A, typename B>
void invoke(FUNC f, A&& a, B&& b)
{
    f(std::forward<A>(a), std::forward<B>(b));
}

我们来看看std::forwark的定义

template<class _Ty>
    _NODISCARD constexpr _Ty&& forward(remove_reference_t<_Ty>&& _Arg) noexcept
    {   // forward an rvalue as an rvalue
        static_assert(!is_lvalue_reference_v<_Ty>, "bad forward call");
        return (static_cast<_Ty&&>(_Arg));
    }

std::forward也只是做了类型转换,为什么A&&可以实现完美转发呢?这里面就涉及到两个概念万能引用引用折叠

万能引用

T&&就是一个万能引用,即可以接受任何类型的参数,T为模板类型T。我们都知道T是一个类型占位符,因此T可以是&&&const &等。进而可以知道会推导成T&& &&T& &&const T& &&。我们都知道cpp编译器是不允许构建引用的引用这个类型的,那这些T&& &&T& &&const T& &&是什么呢?这就是我们下面要介绍的引用折叠的内容

引用折叠

这些“引用的引用”就是cpp11编译器在推导万能引用的具体类型时的中间状态,具体推导规则如下

中间状态 推导类型
T& && T&
T&& & T&
T& & T&
T&& && T&&

有了以上的推导规则构成完美转发的基础

参考文章

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 219,635评论 6 508
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 93,628评论 3 396
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 165,971评论 0 356
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,986评论 1 295
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 68,006评论 6 394
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,784评论 1 307
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,475评论 3 420
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 39,364评论 0 276
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,860评论 1 317
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 38,008评论 3 338
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 40,152评论 1 351
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,829评论 5 346
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,490评论 3 331
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 32,035评论 0 22
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 33,156评论 1 272
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 48,428评论 3 373
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 45,127评论 2 356

推荐阅读更多精彩内容