C++ 新特性 | C++ 11 | 万能引用与完美转发

一、万能引用

万能引用是C++11引入的一个重要概念，由Scott Meyers提出，它实际上是对转发引用(Forwarding Reference)的一种通俗称呼。

1、什么是万能引用？

万能引用是一种能够绑定到左值、右值、const和非const对象的引用。它的语法形式是：

T&&

其中T是一个推导类型（通过模板参数推导或auto推导）。

2、主要特点

• 双重身份：既能绑定左值也能绑定右值
• 类型推导依赖：只有在类型推导的上下文中T&&才是万能引用
• 完美转发：常与std::forward配合实现完美转发

3、使用场景

3.1、模板函数参数

template<typename T>
void foo(T&& arg) {  // arg是万能引用
    // ...
}

3.2、auto声明

auto&& var = some_expression;  // var是万能引用

二，使用std::forword实现完美转发

1、std::forword 简介

std::forward 是 C++ 标准库中实现完美转发的关键工具，其核心作用是有条件地将参数转换为右值引用，保持原始参数的值类别（左值/右值）。

• 源码简化版：

template<typename T>
T&& forward(typename std::remove_reference<T>::type& arg) noexcept {
    return static_cast<T&&>(arg);
}

template<typename T>
T&& forward(typename std::remove_reference<T>::type&& arg) noexcept {
    static_assert(!std::is_lvalue_reference<T>::value, 
                 "Cannot forward an rvalue as an lvalue");
    return static_cast<T&&>(arg);
}

• 转换逻辑：
  • 如果原始参数是左值，forward 返回左值引用
  • 如果原始参数是右值，forward 返回右值引用
• 关键点：
  • 依赖引用折叠规则（Reference Collapsing）
  • 必须与万能引用(T&&)配合使用
  • 编译时决定转换类型，无运行时开销

std::forward 本质是一个有条件的 static_cast，确保参数在转发过程中保持其原始的值类别。

2、完美转发

完美转发(Perfect Forwarding)允许函数模板将参数原封不动地转发给其他函数，保持参数的：

• 左值/右值属性
• const/volatile限定符
• 精确类型

核心机制：

• 万能引用(T&&)：接收任意类型的参数
• std::forward：有条件地转换为左值或右值

工作原理：

• 当传入左值时：T推导为左值引用，forward返回左值引用
• 当传入右值时：T推导为普通类型，forward返回右值引用

典型实现：

template<typename T>
void wrapper(T&& arg) {
    // 完美转发arg
    target_function(std::forward<T>(arg));
}

完美转发是C++11后实现高效泛型编程的关键技术之一。