左值/右值/左值引用/右值引用/万能引用/移动语义/完美转发，你真的懂了吗？

C++整了这么一套花活，最终的目的就是：减少拷贝，节省内存，提高运行效率。

在看本文之前，如果你能清晰区分下面前两个函数的异同，并知道为啥第三个函数调用非法，你就可以继续阅读本文了。

void F1(int a){a++;}

void F2(int& a){a++;}

F2(100);  //compile error

一、左值和右值

左值就是一个数据的表达式，这个表达式指向一块内存，并且允许我们对这块内存取地址，可以这么认为，可以取地址的对象或变量就是左值，左值通常可以被赋值，但被 const 修饰后的左值，不能给它赋值，但是仍然可以取它的地址。

右值不能取地址，也不能被赋值，即：右值不能出现在赋值表达式的左边。

根据上述定义，下面的a、p、b都是左值

int a = 3;

int* p = &a;

const int b = 2;

问：*p是左值还是右值。*p，又叫解引用，就是解释引用，或者说直接去寻找指针所指的地址里面的内容，于是这个表达式指向一块内存，内存的地址就是p的值，因此解引用也是个左值。

下面这些都是右值

double x = 1.3, y = 3.8;

 10; // 字面常量

x + y; // 表达式返回值

fmin(x, y);

问下述函数是左值还是右值？

int a=10;

int& Incerease(int &b)

{

b++;

return b;

}

我们可以写出如下代码，因此int& Incerease(int &b)是个左值。

Incerease(a)=50;

二、左值引用和右值引用

记住一句话：无论左值引用还是右值引用，都是给对象取别名 。

左值引用：

左值引用就是对左值的引用，给左值取别名，左值引用使用一个&来表示。主要作用是避免对象拷贝。

1. 左值引用只能引用左值，不能直接引用右值。 
2. 但是const左值引用既可以引用左值，也可以引用右值 

int& ra = a;

int*& rp = p;

int& r = *p;

const int& rb = b;

const double& d1=10.7

右值引用

右值引用就是对右值的引用，给右值取别名,具体表示就是在变量类型名称后加&&。

int&& n1=10;

double&& d1=x+y;

double&& d2=fmin(x,y);

右值引用引用右值，会使右值被存储到特定的位置。
也就是说，右值引用变量其实是左值，可以对它取地址和赋值（const右值引用变量可以取地址但不可以赋值，因为 const 在起作用）。
当然，取地址是指取变量空间的地址（右值是不能取地址的）

1. 右值引用只能引用右值，不能直接引用左值。 
2. 但是右值引用可以引用被move的左值。 

无论是左值引用变量还是右值引用变量，都是左值。

三、使用左值引用和右值引用的意义

1. 不使用左值引用

看下图，如果在函数Func1中不使用引用的话，当str被传入Func1的时候，在Func内部首先产生一次拷贝构造，外部的str拷贝给函数内部的str，数字1所示。

在str被处理以后，该str将被传回到函数外部，于是在数字2处也产生一次拷贝构造，内部的str传出到外部的一个临时变量。

该临时变量也被调用一次拷贝构造，给外部的str1赋值，数字3,于是我们可以看到，一共产生了三次调用拷贝构造函数（不考虑编译器优化的情况）

2. 使用左值引用

如果传参使用左值引用，那么只有两次拷贝构造函数的调用

如果函数返回一个左值引用，那么就只有一次拷贝构造函数的调用

2. 使用右值引用

在讲右值引用之前，先来讲一下一个类中都有哪些函数。在C++ 11之前，编译器通常会为一个类准备4个函数，如果你不为这个类准备的话：

默认无参构造函数

拷贝构造函数

赋值运算符重载

析构函数。

在c++11之后，有增加了两个函数：移动构造函数和移动赋值运算符。这两个函数都比相应的拷贝构造函数和赋值运算符重载要高效的多。

看下面这个例子：

在Func1被调用的时候，1处有一个右值引用，右值引用只是给右值（str）起一个名字（str2），在新名字上的操作等同于对原始右值的操作。参见4处的两个对象的地址完全一致。

2处有一个右值返回，函数返回一个右值引用的对象（str2, 也就是str），是个右值。这个对象要赋值给一个新的对象str1,于是右值移动构造函数被调用。在3处有一个移动构造函数。当然新的对象str1除了把str的内容借过来，已经与str是两个完全不同的两个对象了，于是我们看到str内容为空了。

move 本意为 "移动"，但该函数并不能移动任何数据，它的功能很简单，就是将某个左值强制转化为右值，以便可以通过右值引用使用该值。看下面的例子，r是右值引用，就是x的别名，我们可以通过操作r来改变x。

我们知道，非 const 右值引用只能操作右值，程序执行结果中产生的临时对象（例如函数返回值、lambda 表达式等）既无名称也无法获取其存储地址，所以属于右值。当类中同时包含拷贝构造函数和移动构造函数时，如果使用临时对象初始化当前类的对象，编译器会优先调用移动构造函数来完成此操作。只有当类中没有合适的移动构造函数时，编译器才会退而求其次，调用拷贝构造函数

四、万能引用

在此之前我们需要知道什么是万能引用：

确定类型的 && 表示右值引用（比如：int&& ，string&&），
但函数模板中的 && 不表示右值引用，而是万能引用，模板类型必须通过推断才能确定，其接收左值后会被推导为左值引用，接收右值后会被推导为右值引用。

注意区分右值引用和万能引用：下面的函数的 T&& 并不是万能引用，因为 T 的类型在模板实例化时已经确定。

template<typename T>
class A
{
    void func(T&& t);  // 模板实例化时T的类型已经确定，调用函数时T是一个确定类型，所以这里是右值引用
};

让我们通过下面的程序来认识万能引用：

template<typename T>
void F1(T& t1)
{
    cout<<t1<<endl;
}

int main()
{
    int n=1;
    F1(n);  // good
    F1(1);  //error
    return 0;   
}

嫩F1(1)导致编译错误。为了修正这个错误，我们重载另一个函数：

template<typename T>
void F1(T& t1)
{
    cout<<t1<<endl;
}
template<typename T>
void F1(T&& t1)
{
    cout<<t1<<endl;
}
int main()
{
    int n=1;
    F1(n);  // good
    F1(1);  //error
    return 0;   
}

能否把两个函数合二为一，可以:

使用T&&类型的形参既能绑定右值，又能绑定左值。

但是注意了：只有发生类型推导的时候，T&&才表示万能引用；否则，表示右值引用

五、完美转发

完美转发是指在函数模板中，完全依照模板的参数类型，将参数传递给当前函数模板中的另外一个函数。

因此，为了实现完美转发，除了使用万能引用之外，我们还要用到std::forward（C++11），它在传参的过程中保留对象的原生类型属性。

这样右值引用在传递过程中就能够保持右值的属性

继续利用前面的一个例子，我们把函数的返回类型不使用右值引用，这次返回一个临时变量，这个临时变量会被拷贝构造函数赋值给str1. str2是一个右值引用，但str2本身是一个左值。因此return str2 就会通过拷贝构造str2，返回一个临时变量。这也就是我们说的右值引用失去了右值的属性，成为了一个左值，如何能保持str2的右值属性呢？这就引入了完美转发。

下面看如何使用完美转发来保持str2的右值属性，

总结：

右值引用和左值引用类似，都是为一个量（对象）起了个别名，操作右值引用和左值引用等价于操作被引用量本身。