C++11中的万能引用和右值引用使用注意事项

简介

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右值引用仅会绑定到右值，主要用于识别出可移对象。

可以绑定到左值、右值、const、非const、volatile、非volatile等等一切对象的引用，称为万能引用。

右值引用和万能引用都使用形如“T&&”的符号表示。

下面做个小测试，试着区分一下下面的引用属于万能引用还是右值引用：

// 1.
void f(Foo&& p);

// 2.
Foo&& var1 = Foo();

// 3.
auto&& var2 = var1;

// 4.
template<typename T>
void f(std::vector<T>&& p);

// 5.
template<typename T>
void f(T&& p);

识别万能引用

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先说上面测试的结果：3和5是万能引用，其他都是右值引用。

可见，只有涉及类型推导的引用，才会是万能引用。

另外一个条件，就是它的形式必须是“T&&”，上述第4个语句因为不符合该条件，所以只是个右值引用。

基于这个原因，即使是一个const饰词，一个看上去是万能引用的场合可能也只是个右值引用。

对万能引用实施std::forward

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首先需要注意一点，对右值引用使用std::move没有任何问题。但对万能引用使用std::move会导致问题。

因为对于万能引用，如果采用右值来初始化，得到的是一个右值引用，如果采用左值来初始化万能引用，那么得到的是一个左值引用。

所以如果对万能引用使用std::move，不管是左值初始化还是右值初始化，那么得到的只能是右值，这可能不是你希望看到的结果。

考虑下面的代码：

class Foo {}
 public:
  template<typename T>
  void SetName(T&& new_name) {
  	name_ = std::forward<T>(new_name);
  }
 //...
 
 private:
 	string name_;
;

说明如下：

• 在模板内，new_name 是万能引用，赋值时采用万能引用，这样不管是左值调用还是右值调用，都将得到合理的结果
• 如果把赋值语句修改为：name_ = std::move(new_name); 将会导致以下问题：
  • 当以一个局部变量调用SetNmae时，调用者会合理地假设这是一个对参数的只读操作。但实际上参数已经是一个不确定的值，改变了意图

不要对RVO施加move转换

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如果代码：

Foo MakeFoo()
{
	Foo f;
	
	//...
	
	return f;
}

有人可能会觉得，既然使用std::move有机会把复制构造转换为移动构造，那么对返回值使用std::move也可以达到同样的优化目的了。

“优化”后的代码如下：

Foo MakeFoo()
{
	Foo f;
	
	//...
	
	return std::move(f);
}

先结论，这样做是不正确的，它可能并不会达到优化的目的，甚至很可能比上一个代码更糟糕。

原因如下：

• C++标准已经规定了返回值优化（return value optimization, RVO），通过直接在为函数返回值分配的内存上创建局部变量f来避免复制
• 上述代码符合RVO条件，编译器会为它作出优化，所以它实际上不会复制对象，效率极高
• 使用move后，它移动f的内容到MakeFoo的返回值空间，而这比RVO多出一些操作，必然更慢
• 但有一点需要注意，执行RVO需要同时满足以下条件，缺一不可：
  • 局部对象类型和函数返回值类型相同
  • 返回的就是局部对象本身
• 即使未满足上述条件，c++标准仍然规定，编译器需要把返回对象作为右值处理

综上，对返回值执行std::move就是多此一举、画蛇添足。

小结

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右值引用和万能引用为我们实现期望的功能提供了强大的助力，使用得当可得到如虎添翼的效果。

但也要注意里面涉及的细节，稍不小心，也可能埋下以后加班调试的坑。

参考资料

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《Effective Modern C++》