【C++ Primer | 16】std::move和std::forward、完美转发
右值引用应该是C++11引入的一个非常重要的技术,因为它是移动语义(Move semantics)与完美转发(Perfect forwarding)的基石:
- 移动语义:将内存的所有权从一个对象转移到另外一个对象,高效的移动用来替换效率低下的复制,对象的移动语义需要实现移动构造函数和移动赋值运算符。
- 完美转发:定义一个函数模板,该函数模板可以接收任意类型参数,然后将参数转发给其它目标函数,且保证目标函数接受
一、 引入的新规则
1. 规则1(引用折叠规则):如果间接的创建一个引用的引用,则这些引用就会“折叠”。在所有情况下(除了一个例外),引用折叠成一个普通的左值引用类型。一种特殊情况下,引用会折叠成右值引用,即右值引用的右值引用, T&& &&。即
- X& &、X& &&、X&& &都折叠成X&
- X&& &&折叠为X&&
2. 规则2(右值引用的特殊类型推断规则):当将一个左值传递给一个参数是右值引用的函数,且此右值引用指向模板类型参数(T&&)时,编译器推断模板参数类型为实参的左值引用,如
template<typename T>
void f(T&&);int main()
{int i = 42;f(i)
}
上述的模板参数类型T将推断为int&类型,而非int。
- 若将规则1和规则2结合起来,则意味着可以传递一个左值
int i
给f,编译器将推断出T的类型为int&。再根据引用折叠规则 void f(int& &&)将推断为void f(int&)。 - 从上述两个规则可以得出结论:如果一个函数形参是一个指向模板类型的右值引用,则该参数可以被绑定到一个左值上。
- 规则3:虽然不能隐式的将一个左值转换为右值引用,但是可以通过static_cast显示地将一个左值转换为一个右值。【C++11中为static_cast新增的转换功能】。
std::move()解析
class Foo {
public:std::string member;Foo(const std::string& m): member(m) {} // Copy member. Foo(std::string&& m): member(std::move(m)) {} // Move member.
};
上述Foo(std::string&& member)
中的member是rvalue reference,但是member却是一个左值lvalue,因此在初始化列表中需要使用std::move将其转换成rvalue。
标准库中move的定义如下:
template<typename T>
typename remove_reference<T>::type&& move(T&& t)
{return static_cast<typename remove_reference<T>::type &&>(t);
}
move函数的参数T&&是一个指向模板类型参数的右值引用【规则2】,通过引用折叠,此参数可以和任何类型的实参匹配,因此move既可以传递一个左值,也可以传递一个右值;
std::move(string("hello"))调用解析:
- 首先,根据模板推断规则,确地T的类型为string;
- typename remove_reference<T>::type && 的结果为 string &&;
- move函数的参数类型为string&&;
- static_cast<string &&>(t),t已经是string&&,于是类型转换什么都不做,返回string &&;
string s1("hello"); std::move(s1); 调用解析:
- 首先,根据模板推断规则,确定T的类型为string&;
- typename remove_reference<T>::type && 的结果为 string&
- move函数的参数类型为string& &&,引用折叠之后为string&;
- static_cast<string &&>(t),t是string&,经过static_cast之后转换为string&&, 返回string &&;
从move的定义可以看出,move自身除了做一些参数的推断之外,返回右值引用本质上还是靠static_cast<T&&>完成的。
因此下面两个调用是等价的,std::move就是个语法糖。
void func(int&& a)
{cout << a << endl;
}int a = 6;
func(std::move(a));int b = 10;
func(static_cast<int&&>(b));
std::move执行到右值的无条件转换。就其本身而言,它没有move任何东西。
三、std::forward()解析
class Foo
{
public:std::string member;template<typename T>Foo(T&& member): member{std::forward<T>(member)} {}
};
传递一个lvalue或者传递一个const lvaue
- 传递一个lvalue,模板推导之后
T = std::string&
- 传递一个const lvaue, 模板推导之后
T = const std::string&
T& &&
将折叠为T&,即std::string& && 折叠为 std::string&
- 最终函数为:
Foo(string& member): member{std::forward<string&>(member)} {}
- std::forward<string&>(member)将返回一个左值,最终调用拷贝构造函数
传递一个rvalue
- 传递一个rvalue,模板推导之后
T = std::string
- 最终函数为:
Foo(string&& member): member{std::forward<string>(member)} {}
- std::forward<string>(member) 将返回一个右值,最终调用移动构造函数;
总结:
1. std::move和std::forward本质都是转换。std::move执行到右值的无条件转换。std::forward只有在它的参数绑定到一个右值上的时候,才转换它的参数到一个右值。
2. std::move没有move任何东西,std::forward没有转发任何东西。在运行期,它们没有做任何事情。它们没有产生需要执行的代码,一byte都没有。
测试代码:
#include <iostream>
using namespace std;template<typename T>
void PrintT(T& t)
{cout << "lvaue" << endl;
}template<typename T>
void PrintT(T&& t)
{cout << "rvalue" << endl;
}template<typename T>
void TestForward(T&& v)
{PrintT(v);PrintT(std::forward<T>(v));PrintT(std::move(v));cout << "--------" << endl;
}int main()
{TestForward(1);int x = 1;TestForward(x);TestForward(std::forward<int>(x));
}
输出结果:
[ 1 ]. C++11改进我们的程序之move和完美转发
[ 2 ]. C++11 std::move和std::forward
3. C++完美转发
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