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C++11—右值引用

news 来源：原创 2025/5/17 22:47:56

简介

左值和右值

左值

右值

右值引用

生命周期

引用折叠

实际应用

移动语义

移动构造函数

移动赋值运算符

完美转发

简介

之前我们曾学习过引用叫左值引用，但那是C++98的，在C++11中新增了一种引用叫右值引用。右值引用主要用于支持移动语义和完美转发。从而可以更高效地管理资源，减少不必要的复制操作。

左值和右值

左值

左值是指可以取地址的表达式。它通常出现在赋值操作符左侧。

下面是它的几个特性：

可寻址性：左值在内存中有明确的地址，即可以取地址。
持久性：左值通常指向内存中的持久对象，这些对象在表达式结束后仍然存在。
可变性：左值可以被重新赋值，即可以改变其存储的值。

例：

int a = 0;
int* p = new int[10];

上面的a就是左值，因为它有持久的内存地址，并且可以被后续的代码访问和修改。*p同理。

右值

右值是指不可以取地址的临时对象，它通常出现在表达式的结果。

下面是它的几个特性：

不可寻址性：右值通常没有持久的内存地址，即不可以取地址。
短暂性：右值通常表示的是一些临时的值，这些值在表达式结束后就会被销毁。

例：

int a = 0;
int b = 1; 
int c = a + b;

上面的0，1就是右值，因为它是一个字面常量，没有持久的内存地址。a + b也是右值，因为它是表达式的结果，没有持久的内存地址。

常见的右值有：

字面常量，如整数常量（如42）、字符常量（'a'）等。
无引用的函数返回值。
表达式的结果，如算术表达式（如1+1）、逻辑表达式（如a||b）、关系表达式（如a>b）。

想区分它们也很简单只要能取地址就是左值，不能取地址就是右值。

右值引用

右值引用的表示如下：

int&& a = 1;

右值引用和左值引用没有什么区别都是起别名，从汇编层来看它们都是用指针来实现的。只不过一个是给右值起别名一个给左值。

虽然说右值引用不能引用左值，但是可以通过std::move函数来实现。该函数可以让左值变右值，本质上是通过强制类型转换（使用该函数要小心原对象会变成不确定状态，原因一会儿在解答）。

int a = 1;
int&& ra = move(a);

同样的左值引用也可以引用右值在前面加const，即const左值引用。当const左值引用绑定右值时，编译器通常会创建一个临时对象，并将右值的内容复制到该临时对象中。又因为临时对象有只读性，被const修饰后的对象也只具有只读性。这是权限的平移，所以可以这样是OK的。

const int& a = 1;

注意：一个右值被右值引用绑定后，右值引用变量表达式的属性是左值！就像上面的ra虽然它是一个右值引用，但它自身作为一个变量是左值。

生命周期

大家可能发现了当一个临时的或匿名的对象被右值引用后，它好像不仅仅可以出现在该行，其它行好像也可以出现。事实上当一个对象被右值引用后它的生命周期就被延长了。不仅仅是右值引用，const左值引用的对象也是可以实现的只不过内容无法修改。例如：

int main()
{string&& str1 = string("ha");str1 += "ha";cout << "str1: " << str1 << endl;const string& str2 = string("xi");cout << "str2: " << str2 << endl;return 0;
}

引用折叠

它的规则是：右值引用的右值引用折叠成右值引用，其他组合均折叠成左值引用。简单来说如果是两个都是右值引用那就折叠成右值引用，其他就都是左值引用。这主要是为了实现万能引用。示例：

template<class T>
void Test(T&& x)
{//...
}

注意上面的参数虽然是通过右值引用传递的，因为它是一个模板所以这是一个万能引用。不太懂的可以先往下看。当用下面代码调用时：

Test(10);

由于Test函数模板的参数是T&&，这里发生了模板参数推导即转发引用。简单来说当传递一个左值给接受T&&参数的函数模板时，编译器会推导T为左值引用类型；右值即非引用类型。

在这种情况下，编译器会T推导为int（因为10是int类型），并且由于10是右值，T&&在这里实际上变成了int&&，即一个对int类型的右值引用。这其实并没有用引用折叠。

用下面的代码调用时：

int a = 10;
Test(a);

调用 Test 函数并将a作为参数传递进去。由于传递的是左值， T会被推导为int&，这就变为了int& && 然后根据引用折叠规则最后就变为了int&，即一个对int类型的左值引用。

这样一份代码就可以实现左值引用和右值引用，是不是方便了不少。

实际应用

移动语义

移动语义指的是通过移动构造函数和移动赋值运算符，将资源的所有权从一个对象转移到另一个对象，即新对象直接管理原对象的内存资源，原对象仍然处于有效状态，但不再持有任何资源。它们的主要目的是优化资源管理和提升程序性能。

移动构造函数

可以简单认为移动构造函数的实现是通过下面的方式：

void swap(string& s)
{std::swap(_str, s._str);//首元素地址std::swap(_size, s._size);//字符串长度std::swap(_capacity, s._capacity);//容量
}
// 移动构造 
string(string&& rs)
{swap(rs);
}

rs是右值引用但它的属性是左值，所以在swap()里用的是左值引用。

示例：

string Test()
{string str("Happy New Year");//...return str;
}int main()
{string ret = Test();return 0;
}

不需要关心上面的函数是用来做什么的，这里我就只拿关键的部分。之前要想把str的值传给ret就要先创建一个临时对象，然后把str里的值拷贝构造给临时对象，然后临时对象在拷贝构造给ret。

使用两次拷贝构造这代价可不小，要是使用移动语义的话可就不一样了。移动语义相当于“掠夺”并不进行拷贝，这代价就很小了。

移动赋值运算符

它的简单实现和移动构造函数可以说是一样的。

// 移动赋值 
string& operator=(string&& s)
{swap(s);return *this;
}

示例：

string Test()
{string str("Happy New Year");//...return str;
}int main()
{string ret;ret = Test();return 0;
}

之前要想把str的值传给ret就要先创建一个临时对象，然后把str里的值拷贝构造给临时对象，然后临时对象在拷贝赋值给ret。

当有了移动语义后就只是进行简单交换。

上面我所介绍的str值传给ret的过程，是编译器没有进行任何优化。我在这里就不介绍编译器具体怎么优化它们了，大家感兴趣可以自己上网查查。

现在我解答一下为什么使用move()后，原对象通常处于不确定状态。这是因为当move()把对象转换为右值后，会自动调用移动语义而造成的。例如：

int main()
{string s("haha");cout << "s：" << s << endl;string rs = move(s);cout << "s：" << s << endl;return 0;
}

完美转发

完美转发在C++编程中具有重要意义，它提高了代码的复用性、性能和可维护性。先看如下代码：

void Fun(int&& x)
{cout << "右值引用" << endl;
}void Fun(int& x)
{cout << "左值引用" << endl;
}template<class T>
void Test(T&& x)
{Fun(x);
}int main()
{int a = 1;Test(a);Test(1);return 0;
}

这是运行结果：

为什么第二个也是左值引用？我在上面提到过右值引用它自身作为一个变量是左值，所以这里就是左值引用。但是这样会降低运行效率，其解决方案就是用完美转发std::forward函数，它能够保持参数的左、右值属性不变，并将其转发给目标函数。具体使用方法如下：

template<class T>
void Test(T&& x)
{Fun(forward<T>(x));
}

修改后的结果：

完美转发forward本质是⼀个函数模板，他主要还是通过引用折叠的方式实现，上面示例中传递给Func的实参是右值，T被推导为int，没有折叠，forward内部 x 被强转为右值引用返回。当传递给Func的实参是左值，T被推导为int&，引用折叠为左值引用，forward内部 x 被强转为左值引用返回。

注意传递参数包过程中，如果是 Args&&... args 的参数包，要用完美转发参数包，方式如下std::forward<Args>(args)... 。

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引用折叠

实际应用

移动语义

移动构造函数

移动赋值运算符

完美转发

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