【C++】右值引用（极详细版）

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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！

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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

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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。 

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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：

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：

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：

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：

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：

 

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）

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：

STL容器插入接口函数也增加了右值引用版本：

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。

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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：

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：

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：

 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：

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！

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