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右值引用

右值引用是C++11 引入的与Lambda 表达式齐名的重要特性之一。它的引入解决了C++ 中大量的历史遗留问题，消除了诸如std::vector、std::string 之类的额外开销，也才使得函数对象容器std::function 成为了可能。

左值、右值的纯右值、将亡值、右值

要弄明白右值引用到底是怎么一回事，必须要对左值和右值做一个明确的理解。
左值(lvalue, left value)，顾名思义就是赋值符号左边的值。准确来说，左值是表达式（不一定是赋值表达式）后依然存在的持久对象。
右值(rvalue, right value)，右边的值，是指表达式结束后就不再存在的临时对象。
而C++11 中为了引入强大的右值引用，将右值的概念进行了进一步的划分，分为：纯右值、将亡值。
纯右值(prvalue, pure rvalue)，纯粹的右值，要么是纯粹的字面量，例如10, true；要么是求值；结果相当于字面量或匿名临时对象，例如1+2。非引用返回的临时变量、运算表达式产生的临时变量、原始字面量、Lambda 表达式都属于纯右值。

需要注意的是，字符串字面量只有在类中才是右值，当其位于普通函数中是左值。例如：

将亡值(xvalue, expiring value)，是C++11 为了引入右值引用而提出的概念（因此在传统C++中，纯右值和右值是同一个概念），也就是即将被销毁、却能够被移动的值。

将亡值可能稍有些难以理解，我们来看这样的代码：

在这样的代码中，就传统的理解而言，函数foo的返回值temp在内部创建然后被赋值给v，然而v获得这个对象时，会将整个temp拷贝一份，然后把temp 销毁，如果这个temp非常大，这将造成大量额外的开销（这也就是传统C++一直被诟病的问题）。在最后一行中，v是左值、foo( )返回的值就是右值（也是纯右值）。但是，v可以被别的变量捕获到，而foo( )产生的那个返回值作为一个临时值，一旦被v复制后，将立即被销毁，无法获取、也不能修改。而将亡值就定义了这样一种行为：临时的值能够被识别、同时又能够被移动。
在C++11之后，编译器为我们做了一些工作，此处的左值temp会被进行此隐式右值转换，等价于static_cast<std::vector &&>(temp)，进而此处的v会将foo局部返回的值进行移动。也就是后面我们将会提到的移动语义。

右值引用和左值引用

要拿到一个将亡值，就需要用到右值引用：T&&，其中T是类型。右值引用的声明让这个临时值的生命周期得以延长、只要变量还活着，那么将亡值将继续存活。
C++11 提供了std::move这个方法将左值参数无条件的转换为右值，有了它我们就能够方便的获得一个右值临时对象，例如：

//小问学编程
#include<iostream>
#include<string>
using namespace std;void reference(string& str)
{cout<<"左值"<<endl;
}void reference(string&& str)
{cout<<"右值"<<endl;
}int main()
{string lv1="string";//lv1是一个左值//string&& r1=lv1;//非法，右值引用不能引用左值string&& rv1=std::move(lv1);//合法，move可以将左值转移为右值cout<<rv1<<endl;//stringconst string& lv2=lv1+lv1;//合法，常量左值引用能够延长临时变量的生命周期//lv2+=“Test”;//非法，常量引用无法被改变cout<<lv2<<endl;//string,stringstring&& rv2=lv1+lv2;//合法，右值引用延长临时变量生命周期rv2+="Test";//合法，非常量引用能够修改临时变量cout<<rv2<<endl;//string,string,string,Testreference(rv2);//输出左值//rv2虽然引用了一个右值，但由于它是一个引用，所以rv2依然是一个左值。return 0;
}

注意，这里有一个很有趣的历史遗留问题，我们先看下面的代码：

第一个问题，为什么不允许非常量引用绑定到非左值？这是因为这种做法存在逻辑错误：

由于int& 不能引用double 类型的参数，因此必须产生一个临时值来保存s 的值，从而当increase() 修改这个临时值时，从而调用完成后s 本身并没有被修改。
第二个问题，为什么常量引用允许绑定到非左值？原因很简单，因为Fortran需要。

移动语义

传统C++通过拷贝构造函数和赋值操作符为类对象设计了拷贝/复制的概念，但为了实现对资源的移动操作，调用者必须使用先复制、再析构的方式，否则就需要自己实现移动对象的接口。试想，搬家的时候是把家里的东西直接搬到新家去，而不是将所有东西复制一份（重买）再放到新家、再把原来的东西全部扔掉（销毁），这是非常反人类的一件事情。
传统的C++ 没有区分『移动』和『拷贝』的概念，造成了大量的数据拷贝，浪费时间和空间。右值引用的出现恰好就解决了这两个概念的混淆问题，例如:
在上面的代码中：
1. 首先会在return_rvalue内部构造两个A对象，于是获得两个构造函数的输出；
2. 函数返回后，产生一个将亡值，被A 的移动构造（A(A&&)）引用，从而延长生命周期，并将这个右值中的指针拿到，保存到了obj中，而将亡值的指针被设置为nullptr，防止了这块内存区域被销毁。
从而避免了无意义的拷贝构造，加强了性能。

附上例代码：

//小问学编程
#include <iostream>
class A
{public:int *pointer;A():pointer(new int(1)){std::cout << " 构造" << pointer << std::endl;}A(A& a):pointer(new int(*a.pointer)){std::cout << " 拷贝" << pointer << std::endl;} // 无意义的对象拷贝A(A&& a):pointer(a.pointer){a.pointer = nullptr;std::cout << " 移动" << pointer << std::endl;}~A(){std::cout << " 析构" << pointer << std::endl;delete pointer;}
};
// 防止编译器优化
A return_rvalue(bool test)
{A a,b;if(test) return a; // 等价于static_cast<A&&>(a);else return b; // 等价于static_cast<A&&>(b);
}
int main()
{A obj = return_rvalue(false);std::cout << "obj:" << std::endl;std::cout << obj.pointer << std::endl;std::cout << *obj.pointer << std::endl;return 0;
}

再来看看涉及标准库的例子：

附上例代码：

#include <iostream> // std::cout
#include <utility> // std::move
#include <vector> // std::vector
#include <string> // std::stringint main()
{std::string str = "Hello world.";std::vector<std::string> v;// 将使用push_back(const T&), 即产生拷贝行为v.push_back(str);// 将输出"str: Hello world."std::cout << "str: " << str << std::endl;// 将使用push_back(const T&&), 不会出现拷贝行为// 而整个字符串会被移动到vector 中，所以有时候std::move 会用来减少拷贝出现的开销// 这步操作后, str 中的值会变为空v.push_back(std::move(str));// 将输出"str: "std::cout << "str: " << str << std::endl;return 0;
}

完美转发

前面我们提到了，一个声明的右值引用其实是一个左值。这就为我们进行参数转发(传递)造成了问题：

例：
对于pass(1)来说，虽然传递的是右值，但由于v是一个引用，所以同时也是左值。因此reference(v) 会调用reference(int&)，输出『左值』。而对于pass(l) 而言，l是一个左值，为什么会成功传递给pass(T&&) 呢？
这是基于引用坍缩规则的：在传统C++ 中，我们不能够对一个引用类型继续进行引用，但C++ 由于右值引用的出现而放宽了这一做法，从而产生了引用坍缩规则，允许我们对引用进行引用，既能左引用，又能右引用。但是却遵循如下规则：

因此，模板函数中使用T&&不一定能进行右值引用，当传入左值时，此函数的引用将被推导为左值。更准确的讲，无论模板参数是什么类型的引用，当且仅当实参类型为右引用时，模板参数才能被推导为右引用类型。这才使得v作为左值的成功传递。

附上例代码：

//小问学编程
#include <iostream>
using namespace std;void reference(int& v)
{std::cout << " 左值" << std::endl;
}
void reference(int&& v)
{std::cout << " 右值" << std::endl;
}
template <typename T>
void pass(T&& v)
{std::cout << " 普通传参:";reference(v); // 始终调用reference(int&)
}
int main()
{std::cout << " 传递右值:" << std::endl;pass(1); // 1 是右值, 但输出是左值std::cout << " 传递左值:" << std::endl;int l = 1;pass(l); // l 是左值, 输出左值return 0;
}

完美转发就是基于上述规律产生的。所谓完美转发，就是为了让我们在传递参数的时候，保持原来的参数类型（左引用保持左引用，右引用保持右引用）。为了解决这个问题，我们应该使用std::forward来进行参数的转发（传递）：

无论传递参数为左值还是右值，普通传参都会将参数作为左值进行转发，所以std::move总会接受到一个左值，从而转发调用了reference(int&&)输出右值引用。
唯独std::forward即没有造成任何多余的拷贝，同时完美转发(传递)了函数的实参给了内部调用的其他函数。
std::forward和std::move一样，没有做任何事情，std::move单纯的将左值转化为右值，std::forward也只是单纯的将参数做了一个类型的转换，从现象上来看，std::forward(v)和static_cast<T&&>(v) 是完全一样的。

附上例代码：

//小问学编程
#include <iostream>
#include <utility>
void reference(int& v)
{std::cout << "左值引用" << std::endl;
}
void reference(int&& v)
{std::cout << "右值引用" << std::endl;
}
template <typename T>
void pass(T&& v)
{std::cout << "             普通传参:";reference(v);std::cout << "       std::move 传参:";reference(std::move(v));std::cout <<"    std::forward 传参:";reference(std::forward<T>(v));std::cout <<"static_cast<T&&> 传参:";reference(static_cast<T&&>(v));
}
int main()
{std::cout << " 传递右值:" << std::endl;pass(1);std::cout << " 传递左值:" << std::endl;int v = 1;pass(v);return 0;
}

读者可能会好奇，为何一条语句能够针对两种类型的返回对应的值，我们再简单看一看std::forward的具体实现机制，std::forward 包含两个重载：

在这份实现中，std::remove_reference的功能是消除类型中的引用，而std::is_lvalue_reference用于检查类型推导是否正确，在std::forward的第二个实现中检查了接收到的值确实是一个左值，进而体现了坍缩规则。
当std::forward接受左值时，_Tp被推导为左值，而所以返回值为左值；而当其接受右值时，_Tp被推导为右值引用，则基于坍缩规则，返回值便成为了&& + &&的右值。可见std::forward的原理在于巧妙的利用了模板类型推导中产生的差异。
这时我们能回答这样一个问题：为什么在使用循环语句的过程中，auto&&是最安全的方式？因为当auto被推导为不同的左右引用时，与&&的坍缩组合是完美转发。

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