完美转发与底层原理剖析(引用折叠)

Posted 2022-10-04 白龙码~

万能引用与完美转发

万能引用：即模板参数T&&，它既可以作为右值引用接收右值，也可以作为左值引用接收左值。

完美转发：

void Fun(int& x)  cout << "lvalue ref" << endl; 
void Fun(int&& x)  cout << "rvalue ref" << endl; 
void Fun(const int& x)  cout << "const lvalue ref" << endl; 
void Fun(const int&& x)  cout << "const rvalue ref" << endl; 

int main()

	int&& x1 = 10;
	Fun(x1); // 输出结果为lvalue ref
	const int&& x2 = 10;
	Fun(x2); // 输出结果为const lvalue ref
	return 0;

输出结果都是左值，这是因为：当右值引用变量接收了一个右值后，它会开辟一块空间存放这个右值，对于自定义类型还会调用它的构造函数，因此可以说，该右值变量退化为一个左值变量。

为了解决这一问题，C++11提供了完美转发forward模板函数：

template <class T> T&& forward (typename remove_reference<T>::type& arg) noexcept;

void Fun(int& x)  cout << "lvalue ref" << endl; 
void Fun(int&& x)  cout << "rvalue ref" << endl; 
void Fun(const int& x)  cout << "const lvalue ref" << endl; 
void Fun(const int&& x)  cout << "const rvalue ref" << endl; 

int main()

	int&& x1 = 10;
	Fun(forward<int>(x1)); // 输出结果为rvalue ref
	const int&& x2 = 10;
	Fun(forward<const int>(x2)); // 输出结果为const rvalue ref
	return 0;

为了使一个函数既可以接受左值，又可以接受右值，C++11 之前的解决方案是将参数类型设为 const Type&。但是常左值引用限制了参数是常量，无法修改。

C++提出了万能引用+完美转发的解决方案：万能引用能接受左值和右值，保证参数可修改，而完美转发又能保证右值不会退化成左值。

完美转发的底层原理

// forward an lvalue as either an lvalue or an rvalue
template <class _Ty>
_NODISCARD constexpr _Ty&& forward(remove_reference_t<_Ty>& _Arg) noexcept 
 
    return static_cast<_Ty&&>(_Arg);


// forward an rvalue as an rvalue
template <class _Ty>
_NODISCARD constexpr _Ty&& forward(remove_reference_t<_Ty>&& _Arg) noexcept 
 
    static_assert(!is_lvalue_reference_v<_Ty>, "bad forward call");
    return static_cast<_Ty&&>(_Arg);

完美转发的原理牵涉到两个部分：

1. 引用折叠

引用1	引用2	折叠结果
&	&	&
&	&&	&
&&	&	&
&&	&&	&&

举个例子：如果实参的类型为T&，模板参数的类型为T&&，则混合起来就是T& &&，此类型会被编译器识别成T&。

如果任一引用为左值引用，则结果为左值引用。当且仅当两个都是右值引，结果为右值引用。

注意：编译器能够识别形如T& &&的引用，但是用户不可以这样写。

2. 返回值中, 左值引用的值类型是左值，右值引用的值类型是右值。无论是forward也好，还是move也好，都是通过函数返回值来实现左值化和右值化的。