【C++】右值引用(极详细版)

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【C++】右值引用(极详细版)。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。

在讲右值引用之前,我们要了解什么是右值?那提到右值,就会想到左值,那左值又是什么呢?

我们接下来一起学习!

c++ 右值引用,C++,c++,开发语言,后端


 

目录

1.左值引用和右值引用

1.左值和右值的概念

2.左值引用和右值引用的概念

2.左值引用和右值引用引出

3.右值引用的价值

1.补齐左值引用的短板——函数传返回值时的拷贝

1.移动构造

2.移动赋值 

2.对于插入右值数据时,也可以减少拷贝

4.万能引用和完美转发

1.万能引用

总结


1.左值引用和右值引用

1.左值和右值的概念

左值准确来说是:一个表示数据的表达式(如变量名或解引用的指针),且可以获取他的地址(取地址),可以对它进行赋值;它可以在赋值符号的左边或者右边。

右值准确来说是:一个表示数据的表达式(如字面常量、函数的返回值、表达式的返回值),且不可以获取他的地址(取地址);它只能在赋值符号的右边

右值也是通常不可以改变的值。

具体我们举例来了解:

int main()
{
	// 以下的a、p、b、c、*p都是左值
	int* p = new int(0);
	int b = 1;
	int a = b;
	const int c = 2;
	// 以下几个都是常见的右值
	10;
	x + y;
	fmin(x, y);
}

2.左值引用和右值引用的概念

那么我们就可以很容易地知道: 

左值引用:给左值取别名

右值引用:给右值取别名

需要注意的是:左值引用只能引用左值;const左值引用可以左值,也可以引用右值(因为右值通常是不可以改变的值,所以用const左值引用是可以的);右值只能引用右值;左值可以通过move(左值)来转化为右值,继而使用右值引用。const右值引用是怎么个事儿呢?(这里要埋伏笔,先不讲)

int main()
{
	// 左值引用只能引用左值,不能引用右值。
	int a = 10;
	int& ra1 = a;   // ra1为a的别名
	//int& ra2 = 10;   // 编译失败,因为10是右值

	// const左值引用既可引用左值,也可引用右值。
	const int& ra3 = 10;
	const int& ra4 = a;

	 //右值引用只能右值,不能引用左值。
	int&& r1 = 10;


	int a = 10;
    //message : 无法将左值绑定到右值引用
	int&& r2 = a;


	 //右值引用可以引用move以后的左值
	int&& r3 = std::move(a);

	return 0;
}

此时我们已经了解了左值和左值引用,右值和右值引用。所以可以发现,左值引用就是我们通常使用的引用。那么左值引用和右值引用的意义或者区别在哪里呢?我们继续往下看。 


2.左值引用和右值引用引出

左值引用的意义在于:

1.函数传参:实参传给形参时,可以减少拷贝。

2.函数传返回值时,只要是出了作用域还存在的对象,那么就可以减少拷贝。

但是左值引用却没有彻底的解决问题:函数传返回值时,如果返回值是出了作用域销毁的(出了作用域不存在的),那还需要多次的拷贝构造,导致消耗较大,效率较低。

所以这也就是为什么出现了右值引用,当然这是是右值引用价值中的一个!

那在没有右值引用之前,我们是如何解决函数传返回值的拷贝问题呢?通过输出型参数

//给一个数,去构建一个杨辉三角

//如果是函数返回值去解决,那么拷贝消耗是非常大的
vector<vector<int>> generate(int numRows) {
	vector<vector<int>> vv(numRows);
	for (int i = 0; i < numRows; ++i)
	{
		vv[i].resize(i + 1, 1);
	}

	for (int i = 2; i < numRows; ++i)
	{
		for (int j = 1; j < i; ++j)
		{
			vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];
		}
	}
	return vv;
}

//所以在没有右值引用之前,我们可以通过 输出型参数来解决这个问题
void generate(int numRows,vector<vector<int> vv) {
    vv.reserve(numRows);
	for (int i = 0; i < numRows; ++i)
	{
		vv[i].resize(i + 1, 1);
	}

	for (int i = 2; i < numRows; ++i)
	{
		for (int j = 1; j < i; ++j)
		{
			vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];
		}
	}
	return vv;
}

当然这种方法还是有局限性的,而且平时也不会经常使用,所以很有必要去了解右值引用的强大解法!!

3.右值引用的价值

1.补齐左值引用的短板——函数传返回值时的拷贝

那接下来上实例:

我们用自己实现string类来观察会更加清晰:

namespace mj
{
	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)
		{
			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;
		}

		// 移动构造
		string(string&& s)
		{
			cout << "string(const string& s) -- 移动拷贝" << 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;
		}
	

		~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;
		}

		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}
	private:
		char* _str = nullptr;
		size_t _size = 0;
		size_t _capacity = 0; // 不包含最后做标识的\0
	};

	string to_string(int value)
	{
		bool flag = true;
		if (value < 0)
		{
			flag = false;
			value = 0 - value;
		}

		mj::string str;
		while (value > 0)
		{
			int x = value % 10;
			value /= 10;

			str += ('0' + x);
		}

		if (flag == false)
		{
			str += '-';
		}

		std::reverse(str.begin(), str.end());
		return str;
	}
}

int main()
{
    //拷贝构造
    mj::string ret=mj::to_string(-1234567);

    //赋值拷贝
    mj::string ret;
    ret=mj::to_string(-1234567);

    return 0;
}

1.移动构造

我们用to_string()函数的返回值来构造ret对象,这就涉及到了函数传返回值时的拷贝问题

1.正常构造的过程:

c++ 右值引用,C++,c++,开发语言,后端

但是编译器会自动优化(连续的构造,但是不是所有的情况都优化),将两个拷贝构造优化为一个拷贝构造,直接跳过中间的临时变量:

c++ 右值引用,C++,c++,开发语言,后端

但是对于自定义类型时,虽然将两次拷贝构造优化为一次,拷贝构造仍然要消耗很大的空间,所以这时右值引用的第一个价值就要登场!

右值引用来补齐函数传返回值时的拷贝短板:

当调用拷贝构造时,之前我们只有传左值,进行深拷贝,完成拷贝构造;

但现在我们有了右值,可以传右值,那么传右值的拷贝构造是怎么搞的呢?

再举一个例子:

c++ 右值引用,C++,c++,开发语言,后端

右值分为:纯右值(字面常量)和将亡值(更侧重于自定义类型的函数的返回值,表达式的返回值)。

当构造传左值,就走拷贝构造,当构造传右值,就走移动构造。

对于左值,我们后续还要使用,所以只能进行深拷贝,完成拷贝构造。

但对于右值(将亡值),可以直接进行资源的交换,将this和将亡值交换资源。

所以,回到函数传返回值的问题:

c++ 右值引用,C++,c++,开发语言,后端

在 有了移动构造以后,再经过编译器的优化,就可以做到直接移动构造(资源的交换),实现0拷贝,效率极高!!

2.移动赋值 

第一种情况是针对拷贝构造的情况,接下来是针对赋值拷贝的情况:

赋值拷贝同理可得:

c++ 右值引用,C++,c++,开发语言,后端

 

这里运行后,我们看到调用了一次移动构造和一次移动赋值。
因为如果是用一个已经存在的对象接收,编译器就没办法优化了。mj::to_string函数中会先用str生成构造生成一个临时对象,但是我们可以看到,编译器很聪明的在这里把str识别成了右值,调用了移动构造。然后在把这个临时对象做为mj::to_string函数调用的返回值赋值给ret,这里调用的移动赋值。(直接资源交换)
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总结:

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2.对于插入右值数据时,也可以减少拷贝

只有左值引用时的插入接口:

c++ 右值引用,C++,c++,开发语言,后端STL容器插入接口函数也增加了右值引用版本:

c++ 右值引用,C++,c++,开发语言,后端

会直接进行资源交换,将将亡值和新创建的节点中的数据进行资源交换。


4.万能引用和完美转发

讲到这里,我们埋的伏笔也就要出来了:有左值引用,const左值引用;右值引用,但却没有提到const右值引用。

需要注意的是右值是不能取地址的,但是给右值取别名后,会导致右值被存储到特定位置,且可
以取到该位置的地址。(右值被右值引用以后就成为了左值)
例如: 不能取字面量10的地址,但是rr1引用后,可以对rr1取地址,也可以修改rr1。如果不想rr1被修改,可以用const int&& rr1 去引用。
int main()
{
	double x = 1.1, y = 2.2;
	int&& rr1 = 10;
	const double&& rr2 = x + y;

	rr1++;
	//rr2++;  //不可以修改

	cout << &rr1 << endl;
	cout << &rr2 << endl;

	return 0;
}

当然这个的具体应用场景在这里:

例如:

c++ 右值引用,C++,c++,开发语言,后端

这里的移动构造和赋值构造,如果参数设为右值引用,那么作为右值如果不可以被修改,那资源的交换就不可以进行,所以这就是为什么,右值引用右值以后,就成为了左值。

情况二:

在我们自己模拟实现的list中,也实现插入接口是右值引用:

c++ 右值引用,C++,c++,开发语言,后端

这就是在传右值时,右值引用会改变右值的特性,将其变为左值,那么需要不断move(左值)。

所以我们会想,有没有这么一个东西,自动去识别我们传的参数是左值还是右值,不会因为右值引用而改变右值属性。我们继续往下看

1.万能引用

当并不明确规定传右值或者左值时:

c++ 右值引用,C++,c++,开发语言,后端 万能引用在这里起到了用处,可以随便传。(也叫做折叠)模板中的&&不是右值引用,而是为了万能引用,可以折叠。当传左值时,就把两个&&折叠为一个。同理可得

但是在继续调用Fun时,还是会因为属性导致结果并不是我们需要的:

c++ 右值引用,C++,c++,开发语言,后端

走到调用fun(t)时,还是会因为右值引用导致右值变为左值,所以又出来了完美转发:

template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)
{
	// t可能是左值,可能是右值
	//Fun(move(t));

	// 完美转发,保持他属性
	Fun(std::forward<T>(t));
	//t++;
}

 很好的保持了属性。

所以在这里:

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总结

右值引用的两个价值;

万能引用和完美转发

我们下期再见!文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-677380.html

到了这里,关于【C++】右值引用(极详细版)的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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