item 24: 區分右值引用和universal引用

本文翻譯自《effective modern C++》，由于水平有限，故無法保證翻譯完全正確，歡迎指出錯誤。謝謝！

博客已經遷移到這里啦

古人曾說事情的真相會讓你覺得很自在，但是在適當的情況下，一個良好的謊言同樣能解放你。這個Item就是這樣一個謊言。但是，因為我們在和軟件打交道，所以讓我們避開“謊言”這個詞，換句話來說：本Item是由“抽象”組成的。

為了聲明一個指向T類型的右值引用，你會寫T&&。因此我們可以“合理”地假設：如果你在源代碼中看到“T&&”，你就看到了一個右值引用。可惜地是，它沒有這么簡單：

void f(Widget&& param);         // 右值引用Widget&& var1 = Widget();       // 右值引用auto&& var2 = var1;             // 不是右值引用template<typename T>
void f(std::vector<T>&& param); // 右值引用template<typename T>
void f(T&& param);              // 不是右值引用

事實上，“T&&”有兩個不同的意思。當然，其中一個是右值引用。這樣引用行為就是你所期望的：它們只綁定到右值上去，并且它們的主要職責就是去明確一個對象是可以被move的。

“T&&”的另外一個意思不是左值引用也不是右值引用。這樣的引用看起來像是在源文件中的右值引用（也就是，“T&&”），但是它能表現得像是一個左值引用（也就是“T&”）一樣。它這樣的兩重意義讓它能綁定到左值（就像左值引用）上去，也能綁定到右值（就像右值引用）上去。另外，它能綁定到const或非const對象上去，也能綁定到volatile或非volatile對象上去，甚至能綁定到const加volatile的對象上去。它能綁定到幾乎任何東西上去。這樣空前靈活的引用理應擁有它們自己的名字，我叫它們universal引用（萬能引用）。

universal引用出現在兩種上下文中。最通用的情況是在函數模板參數中，就像來自于上面示例代碼的這個例子一樣：

template<typename T>
void f(T&& param);              // param是一個universal引用

第二個情況是auto聲明，包括上面示例代碼中的這一行代碼：

auto&& var2 = var1;             // var2是一個universal引用

這兩個情況的共同點就是它們都存在類型推導。在模板f中，param的類型正在被推導，并且在var2的聲明式中，var2的類型正在被推導。把它們和下面的例子（它們不存在類型推導，同樣來自上面的示例代碼）比較一下，可以發現，如果你看到不存在類型推導的“T&&”時，你能把它視為右值引用：

void f(Widget&& param);         // 沒有類型推導// param是右值引用Widget&& var1 = Widget();       // 沒有類型推導// param是右值引用

因為universal引用是引用，它們必須被初始化。universal引用的初始化決定了它代表一個右值還是一個左值。如果初始化為一個右值，universal引用對應右值引用。如果初始化為一個左值，universal引用對應一個左值引用。對于那些屬于函數參數的universal引用，它在調用的地方被初始化：

template<typename T>
void f(T&& param);              // param是一個universal引用Widget w;
f(w);                           // 左值被傳給f，param的類型是// Widget&（也就是一個左值引用）f(std::move(w));                // 右值被傳給f，param的類型是// Widget&&（也就是一個右值引用）

要讓一個引用成為universal引用，類型推導是其必要不補充條件。引用聲明的格式必須同時正確才行，而且格式很嚴格。它必須正好是“T&&”。再看一次這個我們之前在示例代碼中看過的例子：

template<typename T>
void f(std::vector<T>&& param); // param是一個右值引用

當f被調用時，類型T將被推導（除非調用者顯式地指定它，這種邊緣情況我們不關心）。但是param類型推導的格式不是“T&&”，而是“std::vector&&”。按照上面的規則，排除了param成為一個universal引用的可能性。因此param是一個右值引用，有時候你的編譯器會很高興地為你確認你是否傳入了一個左值給f：

std::vector<int> v;
f(v);                           // 錯誤！不能綁定一個左值到右值// 引用上去

甚至一個簡單的const屬性的出場就足以取消引用成為universal的資格：

template<typename T>
void f(const T&& param);        // param是一個右值引用

如果你在一個模板中，并且你看到一個“T&&”類型的函數參數，你可能覺得你能假設它是一個universal引用。但是你不能，因為在模板中不能保證類型推導的存在。考慮一下std::vector中的這個push_back成員函數：

template<class T, class Allocator = allocator<T>>       //來自c++標準庫
class vector {
public:void push_back(T&& x);...
};

push_back的參數完全符合universal引用的格式，但是在這個情況中沒有類型推導發生。因為push_back不能存在于vector的特定實例之外，并且實例的類型就完全能決定push_back的聲明類型了。也就是說

    std::vector<Widget> v;

使得std::vector模板被實例化為下面這樣：

class vector<Widget, allocator<Widget>> {
public:void push_back(Widget&& x);     //右值引用...
};

現在你能清楚地發現push_back沒有用到類型推導。vector的這個push_back（vector中有兩個push_back函數）總是聲明一個類型是rvalue-reference-to-T（指向T的右值引用）的參數。

不同的是，std::vector中和push_back概念上相似的emplace_back成員函數用到了類型推導：

template<class T, class Allocator = allocator<T>>
class vector {
public:template <class... Args>void emplace_back(Args&&... args);...
};

在這里，類型參數Args獨立于vector的類型參數T，所以每次emplace_back被調用的時候，Args必須被推導。（好吧，Args事實上是一個參數包，不是一個類型參數，但是為了討論的目的，我們能把它視為一個類型參數。）

事實上emplace_back的類型參數被命名為Args（不是T），但是它仍然是一個universal引用，之前我說universal引用的格式必須是“T&&”。在這里重申一下，我沒要求你必須使用名字T。舉個例子。下面的模板使用一個universal引用，因為格式（“type&&”）是正確的，并且param的類型將被推導（再說一次，除了調用者顯式指定類型的邊緣情況）：

    template<typename MyTemplateType>       // param是一個void someFunc(MyTemplateType&& param);  // universal引用

我之前說過auto變量也能是universal引用。更加精確一些，用auto&&的格式被推導的變量是universal引用，因為類型推導有發生，并且它有正確的格式（“T&&”）。auto universal引用不像用于函數模板參數的universal引用那么常見，但是他們有時候會在C++11中突然出現。他們在C++14中出現的頻率更高，因為C++14的lambda表達式可以聲明auto&&參數。舉個例子，如果你想要寫一個C++14的lambda來記錄任意函數調用花費的時間，你能這么做：

auto timeFuncInvocation =[](auto&& func, auto&&... param){start timer;std::forward<decltype(func)>(func){             // 用paramsstd::forward<decltype(params)>(params)...   // 調用func};停止timer并記錄逝去的時間。};

如果你對lambda中“std::forward<decltype(blah blah blah)>”（譯注：blah blah blah發音為：布拉布拉布拉）的代碼感到困惑，這可能只是意味著你還沒讀過Item 33.不要擔心這件事。在本Item中，重要的事情是lambda表達式中聲明的auto&&參數。func是一個universal引用，它能被綁定到任何調用的對象上去，不管是左值還是右值。params（譯注：原文為args，應該是筆誤）是0個或多個universal引用（也就是一個universal引用包），它能被綁定到任何數量的任意類型的對象上去。結果就是，由于auto universal引用的存在，timeFuncInvocation能給絕大多數函數的執行進行計時。（對于為什么是絕大多數而不是任意，請看Item 30。）

把這件事記在心里：我們這整個Item(universal引用的基礎)都是一個謊言...額，一個“抽象”！潛在的事實被稱為引用折疊，這個話題會在Item 28中專門討論。但是事實并不會讓抽象失效。區分右值引用和universal引用將幫助你更精確地閱讀源代碼（“我看到的T&&只能綁定到右值上，還是能綁定到所有東西上呢？”），并且在你和同事討論的時候，它能讓你避免歧義。（“我在這里使用一個universal引用，不是一個右值引用...”）。它也能讓你搞懂Item 25和Item 26的意思，這兩個Item都依賴于這兩個引用的區別。所以，擁抱抽象并陶醉于此吧。就像牛頓的運動定律（學術上來說是錯誤的）一樣，比起愛因斯坦的相對論（“事實”）來說它通常一樣好用并且更簡單，universal引用的概念也是這樣，比起工作在引用折疊的細節來說，它是更好的選擇。

　　　　　　　　　　　　你要記住的事

• 如果一個函數模板參數有T&&的格式，并且會被推導，或者一個對象使用auto&&來聲明，那么參數或對象就是一個universal引用。
• 如果類型推導的格式不是準確的type&&，或者如果類型推導沒有發生，type&&就是一個右值引用。
• 如果用右值來初始化，universal引用相當于右值引用。如果用左值來初始化，則相當于左值引用。