C++编程之 std::forward-Toy模板网

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std::forward 是一个 C++11 中的模板函数，其主要作用是在模板函数或模板类中，将一个参数以“原样”（forward）的方式转发给另一个函数。通常情况下，该函数被用于实现完美转发（perfect forwarding）。

完美转发是指，一个函数或类模板可以将其参数原封不动地转发给另一个函数或类模板，同时保持被转发参数的左右值特性（lvalue 或 rvalue）。它在实现泛型编程时非常有用，因为它可以避免重复编写代码，同时提高代码的可复用性。

在 C++ 中，函数参数可以是左值引用（lvalue reference）或右值引用（rvalue reference）。对于一个模板函数或类模板，当传递一个参数时，如果该参数是左值，那么传递的就是一个左值引用；如果该参数是右值，那么传递的就是一个右值引用。

通常情况下，在将参数转发给其他函数时，我们需要保留原始参数的左右值特性。这就是 std::forward 函数的作用，它可以将一个参数的左右值特性原封不动地转发给其他函数。

下面是一个使用 std::forward 的例子：

#include <iostream>
#include <utility>

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

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

template<typename T>
void wrapper(T&& arg) {
    func(std::forward<T>(arg));
}

int main() {
    int x = 42;
    wrapper(x);  // lvalue reference: 42
    wrapper(1);  // rvalue reference: 1
    return 0;
}

在上面的例子中，我们定义了两个函数 func，一个接受左值引用，另一个接受右值引用。然后我们定义了一个模板函数 wrapper，它的参数是一个完美转发引用（perfect forwarding reference） T&&。在 wrapper 函数中，我们使用 std::forward 函数将参数 arg 转发给 func 函数。通过使用 std::forward，我们可以确保 func 函数接收到的参数的左右值特性与原始参数保持一致。

当向wrapper里面传入x的时候，wrapper推导认为 T是一个左值引用int &，通过引用折叠原则（看万能引用文章）int && + & = int &，相当于wrapper(int& arg)，同时我们知道了T推导为int&，那么在向func传递的时候，就是func(std::forward<int&> (arg)) ，那么func会以左值引用的形式 func(int& x) 调用arg。
当向wrapper里面传入1的时候，wrapper推导认为T是一个右值引用int&& ，通过引用折叠原则，int && + && =int&& ，相当于wrapper(int&& arg)，同时我们知道了T推导为int&&，那么在向func传递的时候，就是func(std::forward<int&&>(arg))，那么func会以左值引用的形式func(int&& x)调用arg。

简单来说，当传递给 wrapper 函数的参数是右值时，T 会被推导为右值引用类型 int&&，此时 std::forward(arg) 的返回值类型为 int&&，将会调用 func(int&&)。当传递给 wrapper 函数的参数是左值时，T 会被推导为左值引用类型 int&，此时 std::forward(arg) 的返回值类型为 int&，将会调用 func(int&)。

当我们把std::forward去掉的话，那么当传入一个具名变量参数时，func会认为这个值就是是一个左值。当传入一个临时变量（不具名变量）参数的时候，func会认为这个值就是一个右值。

#include <iostream>
#include <utility>

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

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

template<typename T>
void wrapper(T&& arg) {
    func(arg);
    func(1);
}

int main() {
    int x = 42;
    wrapper(x);  // lvalue reference: 42
    wrapper(10);  // rvalue reference: 1
    return 0;
}