【C++】C++11新特性的讲解

右值引用总结：

1. 右值引用只能右值，不能引用左值。

2. 但是右值引用可以 move 以后的左值。

 首先我们可以看到左值引用和右值引用是可以构成重载的，下面我们调用一下看看：

void func(int& a)
{
	cout << "func(int& a)" << endl;
}
void func(int&& a)
{
	cout << "func(int&& a)" << endl;
}
int main()
{
	int x = 10, y = 20;
	func(x);
	func(x + y);
	return 0;
}

 可以看到编译器是可以正确识别左值和右值的，下面我们用string类做一下演示：

 我们可以看到库中的string类是支持右值的，下面我们讲讲这里支持右值的好处：

本来s1+s2的返回值会调用一次拷贝构造构造一个匿名对象，然后再用这个匿名对象调用拷贝构造来给ret(注意这里不是赋值，因为ret是一个新的对象，赋值只针对已经定义过的对象）,所以这里耗费的资源是很大的，而有了右值引用+移动语义后这里就变成了直接将返回值和ret交换，也就是说ret直接拿到了s1+s2返回值的资源。下面我们用自己实现的string来试试：

namespace sxy
{
	class string
	{
	public:
		typedef char* iterator;
		iterator begin()
		{
			return _str;
		}
		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}
		string(const char* str = "")
			:_size(strlen(str))
			, _capacity(_size)
		{
			//cout << "string(char* str)" << endl;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}
		// s1.swap(s2)
		void swap(string& s)
		{
			::swap(_str, s._str);
			::swap(_size, s._size);
			::swap(_capacity, s._capacity);
		}
		// 拷贝构造
		string(const string& s)
			:_str(nullptr)
		{
			cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;
			string tmp(s._str);
			swap(tmp);
		}
		// 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;
		}
		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				strcpy(tmp, _str);
				delete[] _str;
				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}
		void push_back(char ch)
		{
			if (_size >= _capacity)
			{
				size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				reserve(newcapacity);
			}
			_str[_size] = ch;
			++_size;
			_str[_size] = '\0';
		}
		//string operator+=(char ch)
		string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}
        string operator+(char ch)
		{
			string tmp(*this);
			tmp += ch;
			return tmp;
		}
		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity; // 不包含最后做标识的\0
	};
}

int main()
{
	sxy::string s1("hello world");
	sxy::string ret1 = s1;
	sxy::string ret2 = (s1 + '!');
	return 0;
}

上面是我们自己实现的string,是没有实现右值引用版本的：

 首先构造一个s1,然后用s1拷贝构造ret1，这里调用一次拷贝构造。s1+!是右值，对于表达式首先返回值会调用一次拷贝构造产生一个匿名对象，然后再调用一次拷贝构造用这个匿名对象构造ret2。下面我们加入右值引用版本：

// 移动构造
		string(string&& s)
			:_str(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
			cout << "string(string&& s) -- 移动构造" << endl;
			swap(s);
		}
		// 移动赋值
		string& operator=(string&& s)
		{
			cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动赋值" << endl;
			swap(s);
			return *this;
		}

 我们再重新运行一下：

 首先ret1 = s1会调用一次拷贝构造，而有右值引用后本来ret2只需要移动构造就可以了，但是我们重载运算符+的时候用了拷贝构造：

 所以才会有如下现象，下面我们看看是如何转移资源的：

 我们可以看到刚开始ret2的地址是0xcccccc,然后调用运算符重载+,进入函数内部本来返回tmp的时候需要拷贝构造一个临时对象，但是对于右值这里调用移动构造直接将tmp和ret2做了交换，所以最后ret2的地址直接变成刚刚tmp的地址了。

下面我们看个更明显的：

int main()
{
	sxy::string s1("hello world");
	sxy::string ret1 = s1;
	sxy::string ret2 = move(s1);
	return 0;
}

 可以看到s1和ret2直接做了资源交换，所以经过move后一个变量就变成了将亡值，这个时候我们再使用s1这个变量就非法访问了，所以我们在用move的时候一定要注意，之前的那个值会变成将亡值不可以被使用。

有了上面这么多案列下面我们总结一下：左值引用直接减少拷贝，可以左值引用传参，也可以传引用返回，但是左值引用不能解决函数内的局部对象不能用引用返回的问题，而这样的问题就需要右值引用进行解决（比如杨辉三角，返回的是一个局部对象的二维数组，深拷贝一个二维数组的代价太大了，用右值引用就可以很好的解决这个问题 ）。 

C++11以后，STL的所有容器都增加了移动构造，所以我们在平常使用的时候一定是能用右值就用。

下面这种场景会被转移资源吗？

int main()
{
	sxy::string s1("hello world");
	move(s1);
	sxy::string ret2 = s1;
	return 0;
}

 很明显并不会，move实际上是一个函数调用，是这个表达式是个右值，单独访问s1，s1还是右值这里要记住。

 而在C++11以后，STL所有的容器插入数据接口函数都增加了右值引用版本。

 对于链表的插入，普通插入s1需要先拷贝构造一个hello world，然后插入到链表中，而直接插入“hello hello”因为这是一个右值，所以可以直接调用移动构造，直接将这个匿名对象的资源转移到链表中。

 可以看到资源的转移。注意：匿名对象也是右值

下面我们再总结一下：左值引用减少拷贝，提高效率。右值引用也是减少拷贝，提高效率。但是他们的角度不同，左值引用是直接减少拷贝。右值引用是间接减少拷贝，识别出是左值还是右值，如果是右值，则不再深拷贝直接移动拷贝提高效率。

下面我们看一看完美转发：

首先我们说明一下：模板中的右值引用是万能引用，既能接收左值又能接收右值。

void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }
template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)
{
	Fun(t);
}
int main()
{
	PerfectForward(10);
	int a;
	PerfectForward(a);
	PerfectForward(std::move(a));
	const int b = 8;
	PerfectForward(b);
	PerfectForward(std::move(b));
	return 0;
}

 下面这段程序可以演示出完美转发的问题，我们先运行看一下结果：

 全是左值引用，这是怎么回事呢？（注意：参数传递的时候右值的下一层会变成左值）首先10是右值，进入PF函数后调用Fun函数，而右值进入Fun函数就变成了左值，所以无论左值还是右值进入Fun函数后就变成了左值，这也就是全打印左值的原因，

 那么如何让他进入fun的时候还是右值呢，用forward完美转发即可，下面我们试一下：

 现在就解决了刚刚的问题，也就是说我们使用右值+移动语义的时候，为了让右值一直层层递归下去必须用完美转发。

下面我们用自己的链表来演示不用完美转发发生的问题：

namespace sxy
{
	template<class T>
	struct list_node
	{
		list_node(const T& x = T())
			:_data(x)
			, _next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
		{

		}
		list_node<T>* _prev;
		list_node<T>* _next;
		T _data;
	};
	template<class T, class Ref, class Ptr>
	struct list_iterator
	{
		typedef list_node<T> node;
		typedef list_iterator<T, Ref, Ptr> self;
		node* _node;
		list_iterator(node* n)
			:_node(n)
		{

		}
		Ref operator*()
		{
			return _node->_data;
		}
		self& operator++()
		{
			_node = _node->_next;
			return *this;
		}
		self operator++(int)
		{
			self tmp(*this);
			_node = _node->_next;
			return tmp;
		}
		self& operator--()
		{
			_node = _node->_prev;
			return *this;
		}
		self operator--(int)
		{
			self tmp(*this);
			_node = _node->_prev;
			return tmp;
		}
		Ptr operator->()
		{
			return &_node->_data;
		}
		bool operator!=(const self& it)
		{
			return _node != it._node;
		}
		bool operator==(const self& it)
		{
			return _node == it._node;
		}
	};
	template<class T>
	class list
	{
	public:
		typedef list_node<T> node;
		typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;
		typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;
		iterator begin()
		{
			return iterator(_head->_next);
		}
		iterator end()
		{
			return iterator(_head);
		}
		const_iterator begin() const
		{
			return const_iterator(_head->_next);
		}
		const_iterator end() const
		{
			return const_iterator(_head);
		}
		void empty_init()
		{
			_head = new node(T());
			_head->_next = _head;
			_head->_prev = _head;
		}
		list()
		{
			empty_init();
		}
		template<class Iterator>
		list(Iterator first, Iterator last)
		{
			empty_init();
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}
		list(const list<T>& ls)
		{
			empty_init();
			list<T> tmp(ls.begin(), ls.end());
			swap(tmp);
		}
		list<T>& operator=(list<T> ls)
		{
			swap(ls);
			return *this;
		}
		void swap(list<T>& ls)
		{
			std::swap(_head, ls._head);
		}
		~list()
		{
			clear();
			delete _head;
			_head = nullptr;
		}
		void push_back(const T& x)
		{
			insert(end(), x);
		}
		void push_back(T&& x)
		{
			insert(end(), forward<T>(x));
		}
		void push_front(const T& x)
		{
			insert(begin(), x);
		}
		void insert(iterator pos, const T& x)
		{
			node* cur = pos._node;
			node* prev = cur->_prev;
			node* newnode = new node(x);
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			prev->_next = newnode;
		}
		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos != end());
			node* prev = pos._node->_prev;
			node* tail = pos._node->_next;
			prev->_next = tail;
			tail->_prev = prev;
			delete pos._node;
			return iterator(tail);
		}
		void pop_front()
		{
			erase(begin());
		}
		void pop_back()
		{
			erase(_head->_prev);
		}
		void clear()
		{
			iterator it = begin();
			while (it != end())
			{
				//it = erase(it);
				erase(it++);
			}
		}
	private:
		node* _head;
	};
}

 上面是我们自己实现的list源代码，下面是测试代码：

int main()
{
	sxy::list<sxy::string> lt;
	sxy::string s1("hello world");
	lt.push_back(s1);
	lt.push_back("hello hello");
	return 0;
}

 我们可以看到，这里都用的深拷贝，这是因为我们自己的list没有实现右值版本，现在我们实现一下：

首先链表插入的时候需要判断是否为右值，所以我们先修改push_back:

void push_back(T&& x)
		{
			insert(end(), x);
		}

 运行后确实进入了右值版本的push_back

 可以看到往下走进入insert的时候进入了左值版本，那么我们再给inser增加一个右值版本：

void insert(iterator pos, T&& x)
		{
			node* cur = pos._node;
			node* prev = cur->_prev;
			node* newnode = new node(x);
			newnode->_next = cur;
			cur->_prev = newnode;
			newnode->_prev = prev;
			prev->_next = newnode;
		}

 可以看到即使我们实现了右值版本还是没进入，这就是我们刚刚讲的完美转发问题，刚进入的右值进入下一层变成左值了，所以我们现在转发一下：

 下面我们运行起来：

 这次成功进入右值版本：

但是在new新节点的时候进入构造函数还是左值版本的构造，所以我们再增加一个右值版本的节点构造：

list_node(T&& x = T())
			:_data(forward<T>(x))
			, _next(nullptr)
			, _prev(nullptr)
		{

		}

 这次我们运行起来：

 这次我们看到成功了，以上就是完美转发所引发的问题。

下面我们总结一下：

左值引用和右值引用都是给对象取别名，减少拷贝，左值引用解决了大多数场景问题，下面有些场景是左值引用没有办法解决的：

1.局部对象返回问题。

2.插入接口，对象拷贝问题。

而右值引用+移动语义解决了上面的问题：1.对于浅拷贝的类，移动构造就相当于拷贝构造，因为没有资源的转移。

2.深拷贝的类，这里就是移动构造，对于深拷贝的类，移动构造可以转移右值（将亡值）的资源，没有拷贝提高效率。