std::move与std::forward

Posted 2022-05-10 zkccpro

std::move与std::forward

这俩家伙显然都是c++11的产物无疑了。分别叫做：移动 和 完美转发。如果你写过模板函数，那么你十有八九会碰到std::forward；如果你经常使用智能指针（特别是unique），或者需要用移动来避免深拷、提高效率，那么你一定会碰到std::move。那么，下面我们来分别理解一下他俩啥原理、咋用的吧！

1. std::move——移动

首先需要记一个重要的结论：std::move什么也没做，只是营造一种”移动语义“。

理解上面这句话非常重要，什么叫营造”移动语义“呢？先来看看std::move的源码：

//c++11的实现，c++14中就可以用decltype(auto)啦
template<typename _Tp>
    constexpr typename std::remove_reference<_Tp>::type&&
    move(_Tp&& __t) noexcept
     return static_cast<typename std::remove_reference<_Tp>::type&&>(__t); 

可见std::move内部唯一做的事情就是把传入的对象强转成一个“右值”返回。但要十分注意的是，std::move返回的”右值“，不是真的右值。即，并不是那种生命周期只有一行代码的那种！std::move没有这种“神奇”的功效。（经过std::move返回后变量在后文就不能用了？并不是这样！）

既然如此，那是不是可以说这个std::move并没有真的移动呢？是的，std::move其实并没有真的移动对象！

那这玩意有啥用啊？？？它的作用就是，可以帮你触发你写的（或别人写的）类中的m-ctor或m=。比如：

std::vector<int> arr11,2,3;
std::vector<int> arr2(std::move(arr1));

这样就触发了std::vector的m-ctor，因为m-ctor接受一个右值引用(T&&)，而std::move正好又返回一个T&&。

进入m-ctor或者m=之后呢，按照规范来说 为了保证移动操作的效率，**必须要对类中的大资源进行浅拷贝，然后销毁被移动对象。**这就是m-ctor、m=必须要做的两件事。也就是说，std::move并不会真的移动对象，而真正起到移动作用的是m-ctor和m=！

可以用上面的代码简单验证一下std::vector的移动行为：

//继续上面的代码
std::cout<<arr2.size()<<std::endl;//输出3
arr1[1]=2;//只有这一句，Segmentation fault
arr1.push_back(1);//只有这一句，没事

可见，std::vector中的移动操作是这样的：把被移动数组清空但不销毁。你可以接着用arr1，但它已经被清空了。但这个操作一定是std::vector的m-ctor或m=做的，一定不是std::move做的！这一点不要混淆：

std::vector<int> arr11,2,3;
std::move(arr1);
arr1[1]=2;//没事，没段错误！
std::cout<<arr1.size()<<std::endl;//输出3

另外，《mordern c++》里关于m-ctor和m=提到一点建议：m-ctor和m=最好标记为noexcept，可以尽可能提高标准库容器的移动效率。具体原因在以前的博客中讲过了。【链接】

所以，现在知道应该怎么写你自己的m-ctor和m=了吧！（答案都在上面了）

另外，对于智能指针而言，使用std::move意味着被移动的指针失去了其对象的所有权，不论是unique还是shared。一般对unique使用std::move的场景常见。

2. std::forward——完美转发

我觉得，要理解完美转发的原理和用途，比std::move略复杂，需要先搞清楚模板推导与万能引用的概念【链接】。这里我们再复习一下：

template<typename T>
void fun(T&& arg)
    //假设函数process有2个版本的重载，分别接受左值和右值
    process(std::forward<T>(arg));

//调用处：
int a=0;
fun(a);//T->int&,arg->int& && -> 引用折叠 -> int&
fun(2);//T->int,arg->int&&

简单来说，万能引用的作用在于，可以根据实参的左值右值类型推导出形参是左值引用还是右值引用。但在我们编写fun模板函数时，经常会碰到这样的问题：不论arg形参被推导成左值引用or右值引用，arg一定是一个左值；如果我现在想让arg形参还原成实参真实的左右值性质该怎么办？（即 在编写函数时有什么办法能得知传入的实参到底是左值还是右值？）

这就需要std::forward的帮助了！

std::forward相对std::move而言是“有条件”的转发，并不是像std::move那样把输入参数一股脑地转发成右值返回。而是这样做的：当输入的模板参数T是被推导成左值引用时，将传入实参转发为左值返回；当输入的模板参数T被推到成右值时，将传入的实参转发为右值返回。

这也是为什么std::forward是个模板函数，而std::move不需要模板参数。看上面的代码注释处，万能引用arg在传入时是左值or右值，关键看模板类型T即可区分！

到此，你应该明白移动和完美转发的本质原理以及用途，其实二者本质上都是cast而已，为了写法方便才有了标准库的函数。理解了本质，自然就知道此二者什么场合用、该怎么用了。