C++右值引用（左值表达式、右值表达式）（移动语义、完美转发（右值引用+std::forward））（有问题悬而未决）-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了C++右值引用（左值表达式、右值表达式）（移动语义、完美转发（右值引用+std::forward））（有问题悬而未决）。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

什么是左值和右值？（右值不能被取地址）

在 C++ 中，表达式可以分为左值表达式和右值表达式。左值表达式指的是可以出现在赋值语句左边的表达式，例如变量、数组元素、结构体成员等；右值表达式指的是不能出现在赋值语句左边的表达式，例如常量、临时对象、函数返回值等。

右值是指将要被销毁的临时对象或者没有名字的临时对象。例如，一个返回临时对象的函数调用表达式、一个匿名对象、一个类型转换表达式等都是右值表达式，它们都是将要被销毁的临时对象或者没有名字的临时对象。

右值的特点是它们没有持久的身份，不能被取地址，不能被修改，只能被使用一次。因此，右值引用的主要作用是支持移动语义和完美转发，从而提高程序的效率。（注意：字符串常量也是左值，因为它们被存储在静态数据区，虽然不能被更改，但是能够被取地址）

在 C++11 中，引入了右值引用和移动语义的概念，使得程序可以更好地利用右值，提高程序的效率。

下面是一些右值的例子：

int a = 1;  // a 是左值，1 是右值
int b = a + 2;  // b 是左值，a + 2 是右值
int* p = &a;  // p 是左值，&a 是右值
int c = func();  // c 是左值，func() 是右值
int d = std::move(a);  // d 是左值，std::move(a) 是右值

在上面的例子中，1、2、&a、func()、std::move(a) 都是右值，它们都是将要被销毁的临时对象或者没有名字的临时对象。左值 a、b、p、c、d 都是可以被取地址、可以被修改、有持久的身份的对象，它们都是左值。

需要注意的是，一个对象既可以是左值，也可以是右值，这取决于它在表达式中的位置。例如，在赋值语句左边的对象是左值，在赋值语句右边的对象是右值。

右值分为纯右值和将亡值

prvalue（pure rvalue, 纯右值）

右值是临时产生的值，不能对右值取地址，因为它本身就没存在内存地址空间上。

举例纯右值如下：

除字符串以外的常量，如 1，true，nullptr
返回非引用的函数或操作符重载的调用语句。
a++, a–是右值
a+b, a << b 等
&a，对变量取地址的表达式是右值。
this指针
lambda表达式

理解也很简单，其实就是一些运算时的中间值，这些值只存在寄存器中辅助运算，不会实际写到内存地址空间中，因此也无法对他们取地址。

xvalue（eXpiring value, 将亡值）

返回右值引用的函数或者操作符重载的调用表达式。如某个函数返回值是 std::move(x),并且函数返回类型是 T&&
目标为右值引用的类型转换表达式。如 static<int&&>(a)

参考文章：https://www.zhihu.com/question/363686723/answer/2590214399

示例：

std::vector<int> v1 = {1, 2, 3};
std::vector<int> v2 = std::move(v1); // std::move(v1)是一个将亡值

在上面的代码中，std::move(v1)返回的是一个将亡值，因为v1的资源所有权即将被转移给v2，v1即将被销毁。

什么是左值引用（非const左值引用和 const左值引用）

左值引用可以分为两种：非const左值引用和 const左值引用。

非const左值引用只能绑定左值；const左值引用既能绑定左值，又能绑定右值。

#include <iostream>
#include <cstdarg>

using namespace std;

int main()
{
    int a = 1;
    int &lref_a = a;
    lref_a++; // 通过非 const 左值引用可以修改其值

    const int &lref_const_a = a;
    // lref_const_a++; // error, const左值引用不能修改其值

    const int &lref_const_rvalue = 999; // const 左值引用可以直接绑定右值 999
    // int &lref_const_rvalue = 999;                            // 错误，非常量引用的初始值必须为左值（为什么要这么设计暂时没太搞明白，说是存在于栈上，那为啥不让更改呢？可能是出于什么安全考虑？）
    cout << "lref_const_rvalue = " << lref_const_rvalue << endl;   // lref_const_rvalue = 999
    cout << "&lref_const_rvalue = " << &lref_const_rvalue << endl; //&lref_const_rvalue = 0x7ffd28c02a0c

    return 0;
}

可以看到，lref_const_rvalue 是 const 左值引用，但是他直接绑定到一个右值（数字常量999）上了。

有没有想过为什么c++要这么设计呢？

举个例子，你要设计 print 方法。如何设计 print 方法的参数呢？

首先，考虑到值传递参数会产生额外的拷贝，这是难以接受的。于是你想到了引用传递（你要用指针？那这篇文章不用看了。。。）

void print(int& a);

于是添加数据需要这样：

int a = 1;

print(a);

好像有点麻烦，有时候你只需要添加一个常量（数字常量就是右值）进去，你还得首先声明一个变量，有点麻烦，如果能直接这样添加就好了：

print(1);

也就是说，无论入参是左值和右值，print函数都能正常接收。于是，用const左值引用可以解决这个问题。实际上不知不觉中我们很多代码都用到了这种参数形式。

void print(const int& a);

然后就只可以直接 print(1) 了。当然，由于是 const 左值引用，因此你无法修改其值。只可读不可写。

ok,左值引用掌握到这种程度就可以了。接下来是右值引用。

参考文章：https://www.zhihu.com/question/363686723/answer/2590214399

什么是右值引用？

右值引用是 C++11 引入的新特性，用于支持移动语义和完美转发。右值引用的语法是在类型名后面加上两个引用符号 &&，例如 int&& 表示对一个右值 int 对象的引用。

右值引用的主要作用是支持移动语义，即将一个对象的资源（内存、指针等）移动到另一个对象中，从而避免了不必要的内存拷贝和资源分配。移动语义可以提高程序的效率，特别是当对象较大时，避免了不必要的内存拷贝和资源分配，从而提高了程序的性能。

右值引用还可以用于完美转发，即将一个函数的参数以原样转发给另一个函数，从而避免了不必要的拷贝和转换。完美转发可以提高程序的效率，特别是当函数参数较大或者类型较复杂时，避免了不必要的拷贝和转换，从而提高了程序的性能。

需要注意的是，右值引用只能绑定到一个右值对象，不能绑定到一个左值对象。如果尝试将一个左值对象绑定到一个右值引用上，编译器会报错。

下面是一个右值引用的例子：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

void print(std::string &&str)
{
    cout << str << endl;
    cout << "&str=" << &str << endl; //&str=0x7ffe64500230
}

int main()
{
    std::string s = "Hello, world!";
    cout << "&s=" << &s << endl; //&s=0x7ffe64500230
    print(std::move(s));         // 将左值 s 转换为右值引用
    return 0;
}

在上面的例子中，print 函数的参数是一个右值引用 std::string&&，表示对一个右值 std::string 对象的引用。在 main 函数中，我们定义了一个左值 std::string 对象 s，然后将它转换为右值引用 std::move(s)，并将它作为参数传递给 print 函数。

由于 std::move(s) 返回的是一个右值引用，因此可以绑定到 print 函数的参数上。在 print 函数中，我们可以使用 str 来访问传递进来的字符串，而不需要进行不必要的拷贝和转换。

需要注意的是，由于 std::move 只是将一个左值对象转换为右值引用，它并不会移动对象的资源。如果需要移动对象的资源，需要在移动构造函数或移动赋值运算符中使用右值引用。

注意：上面str参数虽然声明为右值，但是既可以当右值用，也可以当左值用：

#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

void print(std::string &&str)
{
    str = "Hello, baby!";
    cout << "str=" << str << endl; // str=Hello, baby!
}

int main()
{
    std::string s = "Hello, world!";
    print(std::move(s));       // 将左值 s 转换为右值引用
    cout << "s=" << s << endl; // s=Hello, baby!
    return 0;
}

什么是移动语义？（移动构造函数的实现，将一个对象的资源转移到另一个对象）

移动语义是 C++11 引入的一个新特性，它可以将对象的资源（比如内存、文件句柄等）从一个对象转移到另一个对象，避免了不必要的复制和销毁操作，提高了程序的性能。

在移动语义中，右值引用扮演了重要的角色。只有右值引用才能绑定到临时对象或将要销毁的对象，从而实现资源的转移。如果使用左值引用代替右值引用，就无法实现移动语义的效果。

下面是一个使用右值引用实现移动语义的例子：

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
using namespace std;

class MyString
{
public:
    MyString() : m_data(nullptr), m_size(0) {}
    MyString(const char *str) : m_data(new char[strlen(str) + 1]), m_size(strlen(str))
    {
        strcpy(m_data, str);
    }
    MyString(MyString &&other) : m_data(other.m_data), m_size(other.m_size)
    {
        other.m_data = nullptr;
        other.m_size = 0;
    }
    ~MyString()
    {
        delete[] m_data;
    }
    void print() const // 常量成员函数
    {
        if (!m_data)
        {
            std::cout << "m_data is null, return!" << std::endl;
            return;
        }
        std::cout << m_data << std::endl;
    }

private:
    char *m_data;
    size_t m_size;
};

int main()
{
    MyString s1("Hello, world!");
    s1.print(); // 输出 "Hello, world!"

    cout << "------------------" << endl;

    MyString s2(std::move(s1)); // 将 s1 转移为右值引用
    s1.print();                 // 输出空字符串

    cout << "------------------" << endl;

    s2.print(); // 输出 "Hello, world!"

    cout << "------------------" << endl;

    return 0;
}

在上面的代码中，我们定义了一个 MyString 类，它包含一个字符数组和一个大小成员变量。在类的构造函数中，我们使用 new 运算符为字符数组分配内存，并将字符串复制到数组中。在移动构造函数中，我们将其他对象的指针和大小成员变量移动到当前对象中，并将其他对象的指针和大小成员变量设置为 null 和 0。这样，我们就实现了将一个 MyString 对象的资源转移到另一个对象的功能。在 main 函数中，我们创建了两个 MyString 对象 s1 和 s2，然后将 s1 转移为右值引用，从而实现了移动语义的效果。

上面代码还有点bug，我已经上知乎问了。。。是因为我把s1的m_data销毁了，还打印它，结果程序就莫名崩溃了。。后来我修复了

代码运行结果：

C++右值引用（左值表达式、右值表达式）（移动语义、完美转发（右值引用+std::forward））（有问题悬而未决）

什么是完美转发？（右值引用+std::forward）

C++右值引用完美转发是一种技术，用于在函数调用中将参数以原样传递给另一个函数，同时保持参数的值类别（左值或右值）。这种技术可以提高代码的效率和可读性。

在C++11中，引入了右值引用和std::forward函数，使得完美转发成为可能。右值引用是一种新的引用类型，可以绑定到右值（临时对象或表达式的结果）也可以绑定到const左值，而左值引用只能绑定到左值（具有持久性的对象）。std::forward函数是一个模板函数，用于将参数以原样转发给另一个函数。

使用右值引用完美转发可以避免不必要的对象拷贝和移动，提高代码的效率。同时，它还可以保持参数的值类别，避免了一些潜在的问题，例如在函数模板中传递参数时，如果不使用完美转发，可能会导致参数的值类别发生改变，从而影响函数的行为。

下面是一个使用右值引用完美转发的示例：

#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
using namespace std;

void bar(int &x)
{
    std::cout << "lvalue: " << x << std::endl;
}

void bar(int &&x)
{
    std::cout << "rvalue: " << x << std::endl;
}

template <typename T, typename... Args>
void foo(Args &&...args)
{
    bar(std::forward<Args>(args)...);
}

int main()
{
    int x = 1;
    foo<int>(x); // lvalue: 1
    foo<int>(2); // rvalue: 2
    return 0;
}

在这个示例中，函数foo使用了右值引用完美转发，将参数args以原样传递给函数bar。bar有两个重载版本，一个接受左值引用，一个接受右值引用，因此可以根据参数的值类别选择正确的版本。在main函数中，分别调用了foo<int>(x)和foo<int>(2)，分别传递了一个左值和一个右值，输出了对应的结果。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-439973.html

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