【C++】移动语义和完美转发

前言

学习C++移动语义和完美转发笔记，记录左值、右值、std::move()、万能引用、引用折叠等相关内容。
概念

• 左值 (lvalue) 它是在内存中有明确存储地址、可以被寻址的值。如果你可以对一个表达式取地址（使用 & 运算符），那么它就是一个左值。左值通常是持久的，在它所在的定义域结束之前一直存在
  
• 左值引用（Lvalue Reference）本质上就是给一个现有的左值起了一个“别名”，左值引用定义即初始化。
  
  
  
  • 普通左值引用 (T&)：只能绑定到非 const 左值。
    
  • 常量左值引用 (const T&)：可以绑定到一切（左值、const 左值、右值）。
    
  
  

1. const int& temp = 10;
2. //编译器会在内存中产生一个临时变量存储 10。
3. //temp 绑定到这个临时变量上。
4. //这个临时变量的寿命会变得和引用 temp 一样长。

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• 右值 (rvalue) 右值就是那些临时出现、没有持久名字、无法取地址的值。如果你无法对一个表达式使用 & 取地址运算符，或者它是一个即将销毁的临时对象，它就是右值。右值通常是“瞬时”的，在包含它的表达式执行完之后，它就会被立即销毁.
  
• 右值引用（Rvalue Reference）一种绑定到右值（临时对象）的引用类型。
  

  int&& rref = 10;
  

  
  
• std::move 并不移动任何东西。它的唯一作用是：强制将一个左值转为右值引用。
  1. template <typename T>
  2. typename std::remove_reference<T>::type&& move(T&& t) {   
  3.     return static_cast<typename std::remove_reference<T>::type&&>(t);
  4. }

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  • std::remove_reference::type：这是一个类型萃取工具。无论 T 是 int、int& 还是 int&&，它都能把修饰符去掉，只留下纯粹的底层类型 int。
    
  • static_cast 将输入变量 t 强制转换为该类型的右值引用（即 type&&）
    
  
  
• std::forward 如果原始参数是左值，转发后仍然是左值。如果原始参数是右值，转发后仍然是右值。
  

1. template <typename T>
2. T&& forward(typename std::remove_reference<T>::type& t) noexcept {
3.     return static_cast<T&&>(t);
4. }

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• 移动语义（Move Semantics） 本质是资源所有权的转移，即将一个临时对象（右值）持有的资源转移，来避免昂贵的深拷贝操作。是由类实现的功能（通过移动构造函数）
  
• 完美转发（Perfect Forwarding） 是：在函数模板中，将参数原封不动地转发给另一个函数，同时完全保留参数的所有属性（包括它是左值还是右值、是否带有 const 或 volatile 修饰符）。
  1. template <typename T>
  2. T&& forward(typename std::remove_reference<T>::type& t) noexcept {
  3.     return static_cast<T&&>(t);
  4. }

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  • 如果原始参数是左值，转发后仍然是左值。
    
  • 如果原始参数是右值，转发后仍然是右值。
    
  
  
• 万能引用
  
  
  
  • 使用 && 符号
    
  • 必须发生模板类型推导：通常出现在 template  之后的 T&&（不能加 const）。
    
  • 形式必须完全匹配：必须是具体的 T&&，不能有 const 或 std::vector&& 等修饰。
    
  • 万能引用是完美转发的“门”。 它把参数原封不动地领进来（无论是左值还是右值），然后配合 std::forward 把它原封不动地送出去。
    
  
  
• 引用折叠  是 C++ 编译器在处理“引用的引用”时遵循的一套自动简化规则。只要有左值引用（&）参与，结果就是左值引用；只有全是右值引用（&&）时，结果才是右值引用。
  

内容

左值

内存中有明确存储地址、可以被寻址的值

1. int a = 10;        // a 是左值（有名字，可取地址）
2. a = 20;            // a 在左边，OK
4. int* p = &a;       // p 是左值
5. *p = 30;           // *p（解引用结果）是左值
7. int** pp = &(*p);  // 我们可以对 (*p) 再次取地址 ，可以看到*p是可以取地址的
9. const int b = 5;   // b 是左值（虽然不可修改，但它有内存地址，是具名变量）
11. void func(int&& x) {
12.     // 这里的 x 类型是右值引用，但 x 本身是一个有名字的变量
13.     // 所以在函数内部，x 是一个左值！
14.     int* p = &x; // 这是合法的
15. }

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左值引用

对左值的引用，即给左值起别名，必须初始化。
[code]int a = 10;int& ref = a;  // ref 是 a 的左值引用const int& r3 = 10; // 正确！std::cout

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