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转移和完美转发


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  1. move {#1-move} =================

在C++11添加了右值引用,并且不能使用左值初始化右值引用,如果想要使用左值初始化一个右值引用需要借助std::move()函数,使用std::move方法可以将左值转换为右值。使用这个函数并不能移动任何东西,而是和移动构造函数一样都具有移动语义,将对象的状态或者所有权从一个对象转移到另一个对象,只是转移,没有内存拷贝。

从实现上讲,std::move基本等同于一个类型转换:static_cast<T&&>(lvalue);,函数原型如下:

|-------------------|---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 | template<class _Ty> _NODISCARD constexpr remove_reference_t<_Ty>&& move(_Ty&& _Arg) _NOEXCEPT { // forward _Arg as movable return (static_cast<remove_reference_t<_Ty>&&>(_Arg)); } |

使用方法如下:

|---------------------------------------|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | class Test { public: Test(){} ...... } int main() { Test t; Test && v1 = t; // error Test && v2 = move(t); // ok return 0; } |

  • 在第4行中,使用左值初始化右值引用,因此语法是错误的
  • 在第5行中,使用move()函数将左值转换为了右值,这样就可以初始化右值引用了。

假设一个临时容器很大,并且需要将这个容器赋值给另一个容器,就可以执行如下操作:

|---------------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 | list<string> ls; ls.push_back("hello"); ls.push_back("world"); ...... list<string> ls1 = ls; // 需要拷贝, 效率低 list<string> ls2 = move(ls); |

如果不使用std::move,拷贝的代价很大,性能较低。使用move几乎没有任何代价,只是转换了资源的所有权。如果一个对象内部有较大的堆内存或者动态数组时,使用move()就可以非常方便的进行数据所有权的转移。另外,我们也可以给类编写相应的移动构造函数(T::T(T&& another))和和具有移动语义的赋值函数(T&& T::operator=(T&& rhs)),在构造对象和赋值的时候尽可能的进行资源的重复利用,因为它们都是接收一个右值引用参数。

  1. forward {#2-forward} =======================

右值引用类型是独立于值的,一个右值引用作为函数参数的形参时,在函数内部转发该参数给内部其他函数时,它就变成一个左值,并不是原来的类型了。如果需要按照参数原来的类型转发到另一个函数,可以使用C++11提供的std::forward()函数,该函数实现的功能称之为完美转发。

|---------------------|-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 | // 函数原型 template <class T> T&& forward (typename remove_reference<T>::type& t) noexcept; template <class T> T&& forward (typename remove_reference<T>::type&& t) noexcept; // 精简之后的样子 std::forward<T>(t); |

  • 当T为左值引用类型时,t将被转换为T类型的左值
  • 当T不是左值引用类型时,t将被转换为T类型的右值

下面通过一个例子演示一下关于forward的使用:

|---------------------------------------------------------------------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 | #include <iostream> using namespace std; template<typename T> void printValue(T& t) { cout << "l-value: " << t << endl; } template<typename T> void printValue(T&& t) { cout << "r-value: " << t << endl; } template<typename T> void testForward(T && v) { printValue(v); printValue(move(v)); printValue(forward<T>(v)); cout << endl; } int main() { testForward(520); int num = 1314; testForward(num); testForward(forward<int>(num)); testForward(forward<int&>(num)); testForward(forward<int&&>(num)); return 0; } |

测试代码打印的结果如下:

|---------------------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 | l-value: 520 r-value: 520 r-value: 520 l-value: 1314 r-value: 1314 l-value: 1314 l-value: 1314 r-value: 1314 r-value: 1314 l-value: 1314 r-value: 1314 l-value: 1314 l-value: 1314 r-value: 1314 r-value: 1314 |

  • testForward(520);函数的形参为未定引用类型T&&,实参为右值,初始化后被推导为一个右值引用
    • printValue(v);已命名的右值v,编译器会视为左值处理,实参为左值
    • printValue(move(v));已命名的右值编译器会视为左值处理,通过move又将其转换为右值,实参为右值
    • printValue(forward<T>(v));forward的模板参数为右值引用,最终得到一个右值,实参为``右值`
  • testForward(num);函数的形参为未定引用类型T&&,实参为左值,初始化后被推导为一个左值引用
    • printValue(v);实参为左值
    • printValue(move(v));通过move将左值转换为右值,实参为右值
    • printValue(forward<T>(v));forward的模板参数为左值引用,最终得到一个左值引用,实参为左值
  • testForward(forward<int>(num));forward的模板类型为int,最终会得到一个右值,函数的形参为未定引用类型T&&被右值初始化后得到一个右值引用类型
    • printValue(v);已命名的右值v,编译器会视为左值处理,实参为左值
    • printValue(move(v));已命名的右值编译器会视为左值处理,通过move又将其转换为右值,实参为右值
    • printValue(forward<T>(v));forward的模板参数为右值引用,最终得到一个右值,实参为右值
  • testForward(forward<int&>(num));forward的模板类型为int&,最终会得到一个左值,函数的形参为未定引用类型T&&被左值初始化后得到一个左值引用类型
    • printValue(v);实参为左值
    • printValue(move(v));通过move将左值转换为右值,实参为右值
    • printValue(forward<T>(v));forward的模板参数为左值引用,最终得到一个左值,实参为左值
  • testForward(forward<int&&>(num));forward的模板类型为int&&,最终会得到一个右值,函数的形参为未定引用类型T&&被右值初始化后得到一个右值引用类型
    • printValue(v);已命名的右值v,编译器会视为左值处理,实参为左值
    • printValue(move(v));已命名的右值编译器会视为左值处理,通过move又将其转换为右值,实参为右值
    • printValue(forward<T>(v));forward的模板参数为右值引用,最终得到一个右值,实参为右值
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