C++11新特性之右值引用与完美转发详解
一、左值与右值
顾名思义，左值就是只能放在等号左边的值，右值是只能放在等号右边的值。
在c++Prime一书中，对左值和右值的划分为，左值是一个表示数据的表达式，右值是一个即将销毁的值(通常称为将亡值)。比如我们定义的一个变量就是一个左值，而字面常量，表达式返回值，传值返回函数的返回值就是右值。
10;//右值
int a = 10;//a是左值
add(2, 3);//右值
x+y;//右值
const int a;//左值
注意，const类型的变量是不能放在等号左侧来为它赋值的，但是他是一个左值。
这里给出一个区分两者的方式：可以取地址的就是左值，不能取地址的就是右值！
二、左值引用与右值引用
我们之前所写的引用都是左值引用符号是&，左值引用的底层是使用指针，它的作用是为对象取一个别名。
而右值引用就是给右值取别名，它的符号是&&，右值引用开辟了空间，得到的一个对象是左值。
int a = 10;
int& d = a;//左值引用
int&& e = 10;//右值引用
int&& f = a + 1;
int&& c = add(2, 3);
左值引用不能给右值取别名，右值引用也不能给左值取别名。但是如果对左值进行move()，对左值引用加上const是可以这样进行的。
move的意思就是保证除了赋值和销毁之外，不再使用该左值，即将a的属性转移到了e中，对左值move后是一共右值。
int&& c = a;//右值引用不能给左值取别名
int& d = add(3, 4);//左值引用不能给右值取别名
int&& e = move(a);//当对左值加move的时候可以
const int& f = add(3, 4);//当对引用加const后可以取别名
同时右值引用不像左值引用一样具有传递性：
int&& a = 10;
a=20;
cout<<&a<<endl;
//int&& b = a;//错误
这是因为a是一个左值，我们可以打印a的地址，右值经过引用后得到的对象是一个左值。因此我们是可以对a进行赋值的。
三、右值引用应用
1.移动构造与移动赋值
移动构造与移动赋值在C++11中已经加入了STL容器的函数中：
string(string&& str) //移动构造
string& operator=(string&& str)//移动赋值
移动构造与移动赋值都是向函数中传入右值引用，它们的本质与右值基本相同，就是将一个将亡值的数据转移给另一个值。
我们可以在函数string中模拟实现一下移动构造和移动赋值，它们的本质就是调用swap函数完成赋值，而不是使用strcpy创建一个新对象。
1.模拟实现的string
为了方便观察，我们使用自己模拟实现的string来进行说明：
namespace my_string
{
class string
{
public:
typedef char* iterator;
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return _str + _size;
}
//构造函数
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)
:_str(nullptr)
, _size(0)
, _capacity(0)
{
cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;
string tmp(s._str);
swap(tmp);
}
// 移动构造
string(string&& s)
:_str(nullptr)
, _size(0)
, _capacity(0)
{
cout << "string(string&& s) -- 资源转移" << endl;
this->swap(s);
}
// 移动赋值
string& operator=(string&& s)
{
cout << "string& operator=(string&& s) -- 转移资源" << endl;
swap(s);
return *this;
}
//赋值
string& operator=(const string& s)
{
cout << "string& operator=(string s) -- 深拷贝" << endl;
string tmp(s);
swap(tmp);
return *this;
}
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
//下标访问
char& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
//调换顺序
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n + 1];
strcpy(tmp, _str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
//插入
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;
}
string operator+(char ch)
{
string tmp(*this);
push_back(ch);
return tmp;
}
const char* c_str() const
{
return _str;
}
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity; // 不包含最后做标识的\0
};
my_string::string to_string(int value)
{
my_string::string str;
while (value)
{
int val = value % 10;
str += ('0' + val);
value /= 10;
}
reverse(str.begin(), str.end());
return str;
}
}
2.移动构造
当我们调用to_string的时候：
my_string::string ret = my_string::to_string(1234);
当我们不添加移动构造的时候，可以发现最终进行的是一次深拷贝和一次浅拷贝：
这里发现只调用了一次拷贝构造，这是因为编译器做了优化，如果不优化的话，str拷贝构造临时对象，然后临时对象作为to_string的返回值再拷贝构造给ret。其实是发生了两次拷贝构造。
但是编译器做了优化之后，在to_string函数快结束时，返回前直接用str构造ret。
当我们加入拷贝构造之后，会发现只发生了一次移动构造就可以了：
其实在这一过程中编译器也做了优化，str先拷贝构造形成一个临时对象，再由临时对象进行移动构造赋值给ret。
编译器做了优化之后，将str直接当成左值(相当于move了一下)，然后进行移动构造生成ret。
通过观察打印结果可以发现，显然移动构造没有再开辟空间，而是直接将数据进行转移，节省了空间，由临时变量进行拷贝构造给ret还会创建一个新的对象，消耗空间。
3.移动赋值
my_string::string ret;
ret = my_string::to_string(1234);//调用移动赋值
当不使用移动赋值的时候，以上代码是两段深拷贝实现的：
首先str会调用移动构造，生成临时对象，然后临时对象再调用赋值拷贝构造(深拷贝)，定义ret。
当引入移动赋值之后，这个过程就变成了str调用移动构造生成临时对象，临时对象再通过移动运算符重载生成ret，整个过程中没有一次深拷贝。
C++11中，所有STL容器中，都会提供一个右值引用的版本。
四、默认移动构造和移动赋值重载函数
与六大成员函数一样，编译器在一定的条件下，也会生成自己的默认移动构造函数，只不过生成的条件更加复杂：
1.如果你自己没有实现移动构造函数，并且没有实现析构函数，拷贝构造，拷贝赋值构造中的任意一个。那么编译器会自动生成一个默认构造函数。默认生成的移动构造函数，对内置类型进行直接拷贝，对于自定义类型，如果有对应的移动构造函数就调用其对应的移动构造函数，如果没有那么调用拷贝构造。
2.如果你没自己实现移动赋值重载函数，且没有实现析构函数，拷贝构造，拷贝赋值重载中的任何一个，编译器会自动生成一个移动赋值重载函数。默认生成的移动赋值重载函数，对内置类型直接进行赋值，对于自定义类型，如果有对应的移动赋值重载函数就调用其对应的移动赋值重载函数，如果没有则调用拷贝赋值。
3.如果你提供了移动赋值构造或者移动赋值重载函数，那么编译器就不会自动生成。
五、完美转发
1.万能引用
在模板中，&&表示的不是右值引用，而是万能引用，即既可以接收左值，又可以接收右值。
void PerfectForward(T&& t)
{
Fun(forward<T>(t));
}
此时传入的t既可以是左值，也可以是右值。
2.完美转发
运行以下程序，发现最终识别的都是左值引用。
void Func(int&& x)
{
cout << "rvalue" << endl;
}
void Func(int& x)
{
cout << "lvalue" << endl;
}
template<class T>
void PerfectForward(T&& t)
{
Func(t);
}
int main()
{
PerfectForward(10);//左值
int a;
PerfectForward(a);//左值
PerfectForward(move(a));//左值
}
这是因为右值引用一旦引用了，就变成了左值，如果我们还希望保持该右值引用的特性的话，需要使用forward函数来对其进行封装：
Func(forward<T>(t));
forward(t)来进行封装的意义在于，保持t原来的属性，如果它原来是左值那么封装之后还是左值，如果它是右值的引用，则将其还原成右值。该函数的作用称为完美转发，由于这一性质，STL容器的插入也可以使用右值引用来实现。
即支持：
vector<int> v;v.push_back(111);在该右值引用版本的插入中，调用的就是forward(val)。
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