【C++ Primer | 16】std::move和std::forward、完美轉發

右值引用應該是C++11引入的一個非常重要的技術,因為它是移動語義(Move semantics)與完美轉發(Perfect forwarding)的基石:

  • 移動語義:將內存的所有權從一個對象轉移到另外一個對象,高效的移動用來替換效率低下的復制,對象的移動語義需要實現移動構造函數和移動賦值運算符。
  • 完美轉發:定義一個函數模板,該函數模板可以接收任意類型參數,然后將參數轉發給其它目標函數,且保證目標函數接受

?

一、 引入的新規則

1. 規則1(引用折疊規則):如果間接的創建一個引用的引用,則這些引用就會“折疊”。在所有情況下(除了一個例外),引用折疊成一個普通的左值引用類型。一種特殊情況下,引用會折疊成右值引用,即右值引用的右值引用, T&& &&。即

  • X& &、X& &&、X&& &都折疊成X&
  • X&& &&折疊為X&&

2. 規則2(右值引用的特殊類型推斷規則):當將一個左值傳遞給一個參數是右值引用的函數,且此右值引用指向模板類型參數(T&&)時,編譯器推斷模板參數類型為實參的左值引用,如

template<typename T> 
void f(T&&);int main()
{int i = 42;f(i)   
}

上述的模板參數類型T將推斷為int&類型,而非int。

  • 若將規則1和規則2結合起來,則意味著可以傳遞一個左值int i給f,編譯器將推斷出T的類型為int&。再根據引用折疊規則 void f(int& &&)將推斷為void f(int&)。
  • 從上述兩個規則可以得出結論:如果一個函數形參是一個指向模板類型的右值引用,則該參數可以被綁定到一個左值上
  • 規則3:雖然不能隱式的將一個左值轉換為右值引用,但是可以通過static_cast顯示地將一個左值轉換為一個右值。【C++11中為static_cast新增的轉換功能】。

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std::move()解析

class Foo {
public:std::string member;Foo(const std::string& m): member(m) {}  // Copy member.  Foo(std::string&& m): member(std::move(m)) {} // Move member.
};

上述Foo(std::string&& member)中的member是rvalue reference,但是member卻是一個左值lvalue,因此在初始化列表中需要使用std::move將其轉換成rvalue。?

標準庫中move的定義如下:

template<typename T>
typename remove_reference<T>::type&& move(T&& t)
{return static_cast<typename remove_reference<T>::type &&>(t);
}

move函數的參數T&&是一個指向模板類型參數的右值引用【規則2】,通過引用折疊,此參數可以和任何類型的實參匹配,因此move既可以傳遞一個左值,也可以傳遞一個右值;

std::move(string("hello"))調用解析:

  • 首先,根據模板推斷規則,確地T的類型為string;
  • typename remove_reference<T>::type && 的結果為 string &&;
  • move函數的參數類型為string&&;
  • static_cast<string &&>(t),t已經是string&&,于是類型轉換什么都不做,返回string &&;

string s1("hello"); std::move(s1); 調用解析:

  • 首先,根據模板推斷規則,確定T的類型為string&;
  • typename remove_reference<T>::type && 的結果為 string&
  • move函數的參數類型為string& &&,引用折疊之后為string&;
  • static_cast<string &&>(t),t是string&,經過static_cast之后轉換為string&&, 返回string &&;

從move的定義可以看出,move自身除了做一些參數的推斷之外,返回右值引用本質上還是靠static_cast<T&&>完成的。

因此下面兩個調用是等價的,std::move就是個語法糖。

void func(int&& a)
{cout << a << endl;
}int a = 6;
func(std::move(a));int b = 10;
func(static_cast<int&&>(b)); 

std::move執行到右值的無條件轉換。就其本身而言,它沒有move任何東西。

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三、std::forward()解析?

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class Foo
{
public:std::string member;template<typename T>Foo(T&& member): member{std::forward<T>(member)} {}
};

傳遞一個lvalue或者傳遞一個const lvaue

  • 傳遞一個lvalue,模板推導之后 T = std::string&
  • 傳遞一個const lvaue, 模板推導之后T = const std::string&
  • T& &&將折疊為T&,即std::string& && 折疊為 std::string&
  • 最終函數為: Foo(string& member): member{std::forward<string&>(member)} {}
  • std::forward<string&>(member)將返回一個左值,最終調用拷貝構造函數

傳遞一個rvalue

  • 傳遞一個rvalue,模板推導之后 T = std::string
  • 最終函數為: Foo(string&& member): member{std::forward<string>(member)} {}
  • std::forward<string>(member) 將返回一個右值,最終調用移動構造函數;

總結:

1. std::move和std::forward本質都是轉換。std::move執行到右值的無條件轉換。std::forward只有在它的參數綁定到一個右值上的時候,才轉換它的參數到一個右值。

2. std::move沒有move任何東西,std::forward沒有轉發任何東西。在運行期,它們沒有做任何事情。它們沒有產生需要執行的代碼,一byte都沒有。

測試代碼:

#include <iostream>
using namespace std;template<typename T>
void PrintT(T& t)
{cout << "lvaue" << endl;
}template<typename T>
void PrintT(T&& t)
{cout << "rvalue" << endl;
}template<typename T>
void TestForward(T&& v)
{PrintT(v);PrintT(std::forward<T>(v));PrintT(std::move(v));cout << "--------" << endl;
}int main()
{TestForward(1);int x = 1;TestForward(x);TestForward(std::forward<int>(x));
}

輸出結果:

?

[ 1 ].?C++11改進我們的程序之move和完美轉發
[ 2 ].?C++11 std::move和std::forward

3.?C++完美轉發

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