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[C++知识库]完美转发实现机制


前言

?要理解右值引用,必须先理解什么是左值和右值,以及右值和右值引用的区别。C++中可以对表达式使用2种独立的特性加以辨别,值类别和类型,其中值类别包括左值、右值等,类型即常见的数据类型。本文认为左值引用和右值引用是变量的一种类型,以下均为本人理解以及实验得出的结论。


一、左值和右值

?左值和右值并不是C++的新概念,实际上在C语言中就存在。其中认为左值可以出现在等号左边和右边,右值只能出现在右边。可以简单理解能取地址的就是左值,不能取地址的就是右值。

二、左值引用和右值引用

?为了理解之后介绍的移动语义即完美转发等概念的原理,必须建立在以下的共识当中,
左值引用:左值引用只能绑定到左值,左值引用一定是左值属性
右值引用:右值引用只能绑定到右值,右值引用可以是右值属性也可以是左值属性,并且右值引用一旦绑定到右值就是个左值。
如下是实验:
使用模板构建一个判断左右值的模板函数如下:

void LrJudge(int& t) {
    cout << "T&" << endl;
}

void LrJudge(int&& t) {
    cout << "T&&" << endl;
}

写几个例子测试下:

int main()
{

    int a = 1;
    int& b = a;
    int&& c = 1;

    LrJudge(a);
    LrJudge(b);
    LrJudge(c);
    LrJudge(1);

    return 0;
}

运行结果如下:
在这里插入图片描述
如上a, b, c , 1除了1是右值其余均是左值,即使变量c是右值引用,正如上所说右值引用一旦绑定就是左值,因为引用必须初始化绑定,所以有名字的右值引用都是左值。

三、移动语义

?C++提供移动语义思想非常简单,就是将右值,一般是即将销毁的对象资源指针直接转移,而不是使用拷贝构造进行深拷贝,与浅拷贝类似。这不是本文的重点,感兴趣的可以网上搜搜比较多。

四、完美转发

?完美转发的概念很简单,即在函数内部完美转发函数实参的原始类型和值类型。即如果函数传入实参A是左值引用类型且值类型为左值,转发时应保持A的左值属性和左值引用类型。实现完美转发的关键在于以下两点,
(1)如何保证引用类型不变
(2)如何保证值属性不变
如下实现了一个完美转发,其目的是希望TestForward函数种能完美转发形参v对应的实参的值属性和类型,强调实参是因为,形参必然是个左值属性。

template<typename T>
T&& myforward(std::remove_reference_t<T>& a) noexcept
{
    func(a);
    return static_cast<T&&>(a);
}
template<typename T> 
T&& myforward(std::remove_reference_t<T>&& a) noexcept
{
    return static_cast<T&&>(a);
}

void TestForward(int&& v)
{
    LrJudge(myforward<int>(v));
}

int main()
{

    int a = 1;
    int& b = a;
    int&& c = 1;

    TestForward(a);
    TestForward(b);
    TestForward(c);
    TestForward(1);

    return 0;
}

在这里插入图片描述
如上所示TestForward函数完美转发了实参类型a, b, c, 1。

(1)左值引用只能绑定左值,右值引用只能绑定右值,如何只用一个函数完成即接收左值引用又接收右值引用,细心的肯定发现TestForwad是个模板函数,如果直接使用int替代则TestForward只能接收右值。模板函数种T&&已经不是右值引用了, 而是万能引用。根据引用折叠规则T&&的实参是左值引用则T&&是左值引用,实参是右值引用则为右值引用。如此解决了第一个关键点
(2)因为形参必然是左值,因此需要将其转换为对应右值。根据我实验结果,static_cast<int&>(A)的返回值类型即为int&的左值,static_cast<int&&>(A)的返回值类型即为int&&的右值。实际上如果声明函数返回值为int&和int&&得到的也是对应类型的左值和右值。myforward之所以使用std::remove_reference_t而不是T的原因是T&&是万能引用,如此就不能匹配右值引用了。


总结

主要总结了完美转发的原理。

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