要求的参考折叠规则的简明解释：(1) A& & -> A& , (2) A& && -> & , (3) && &a

Posted 2023-02-17

【中文标题】要求的参考折叠规则的简明解释：(1) A& & -> A& , (2) A& && -> & , (3) && & -> & , & (4A && && -> &&

【英文标题】：Concise explanation of reference collapsing rules requested: (1) A& & -> A& , (2) A& && -> A& , (3) A&& & -> A& , and (4) A&& && -> A&&

【发布时间】：2012-12-05 14:45:25

【问题描述】：

以下链接提供了引用折叠的 4 种形式（如果我是正确的，这些是仅有的 4 种形式）：http://thbecker.net/articles/rvalue_references/section_08.html。

来自链接：

A&&变成A& A& && 变成 A& A&& & 变成 A& A&& && 变为 A&&

虽然我可以做出有根据的猜测，但我想简要解释一下这些引用折叠规则背后的基本原理。

一个相关的问题，如果可以的话：这些引用折叠规则是否在在 C++11 中 被 std::move()、std::forward() 等 STL 实用程序内部使用，在典型的现实世界用例？ （注意：我特意询问是否在 C++11 中使用了引用折叠规则，而不是在 C++03 或更早版本中。）

我问这个相关问题是因为我知道像std::remove_reference 这样的 C++11 实用程序，但我不知道像 std::remove_reference 这样的引用相关实用程序是否经常在 C++11 中使用到 避免需要引用折叠规则，或者是否将它们与引用折叠规则结合使用。

【问题讨论】：

您可能会对 Scott Meyers 的 this video 感兴趣。

现在看。谢谢！

“典型的现实世界用例” - 完美转发（我称之为非常有用的现实世界用例）完全建立在那些参考折叠规则之上（并且可能我认为，反过来又是设计这些规则的实际原因）。通过引入一种利用移动语义的新型引用，他们也有机会定义相应的折叠规则以促进完美转发，从而用一个特征解决两个问题。

我认为A& & becomes A& 不是引用折叠。

【参考方案1】：

引用折叠规则（除了 A& & -> A&，它是 C++98/03）存在的原因有一个：允许完美转发工作。

“完美”转发意味着有效地转发参数，就好像用户直接调用了函数一样（减去省略，被转发破坏）。用户可以传递三种值：lvalues、xvalues 和 prvalues，并且接收位置可以通过三种方式获取值：按值、通过（可能是 const）左值引用和通过（可能是 const）右值参考。

考虑这个函数：

template<class T>
void Fwd(T &&v)  Call(std::forward<T>(v)); 

按价值

如果Call 按值获取其参数，则必须在该参数中进行复制/移动。哪一个取决于传入的值是什么。如果传入的值是左值，那么它必须复制左值。如果传入的值是一个右值（它们统称为 xvalues 和 prvalues），那么它必须从它移开。

如果你用左值调用Fwd，C++ 的类型推导规则意味着T 将被推导出为Type&，其中Type 是左值的类型。显然，如果左值为const，则推导出为const Type&。引用折叠规则意味着Type & && 变为Type & 用于v，一个左值引用。这正是我们需要调用的Call。用左值引用调用它会强制复制，就像我们直接调用它一样。

如果您使用右值调用Fwd（即：Type 临时表达式或某些Type&& 表达式），则T 将被推断为Type。引用折叠规则给了我们Type &&，它引发了移动/复制，这几乎就像我们直接调用它一样（减去省略号）。

通过左值引用

如果Call 通过左值引用获取它的值，那么它应该只在用户使用左值参数时才可调用。如果它是一个 const-lvalue 引用，那么它可以被任何东西（lvalue、xvalue、prvalue）调用。

如果您使用左值调用Fwd，我们将再次获得Type& 作为v 的类型。这将绑定到非常量左值引用。如果我们用 const 左值调用它，我们会得到 const Type&，它只会绑定到 Call 中的 const 左值引用参数。

如果您使用 xvalue 调用 Fwd，我们将再次获得 Type&& 作为 v 的类型。这将不允许您调用采用非常量左值的函数，因为 xvalue 不能绑定到非常量左值引用。它可以绑定到 const 左值引用，因此如果 Call 使用了 const&，我们可以使用 xvalue 调用 Fwd。

如果您使用纯右值调用Fwd，我们将再次得到Type&&，因此一切正常。您不能将临时值传递给采用非常量左值的函数，因此我们的转发函数同样会在尝试这样做时窒息。

通过右值引用

如果Call 通过右值引用获取它的值，那么它应该只有在用户使用 xvalue 或 rvalue 参数时才可调用。

如果你用左值调用Fwd，我们得到Type&。这不会绑定到右值引用参数，因此会导致编译错误。 const Type& 也不会绑定到右值引用参数，所以它仍然失败。如果我们直接使用左值调用Call，这正是会发生的情况。

如果您使用 xvalue 调用 Fwd，我们会得到 Type&&，它有效（当然，cv 限定仍然很重要）。

使用纯右值也是如此。

std::forward

std::forward 本身以类似的方式使用引用折叠规则，以便将传入的右值引用作为 xvalues 传递（函数返回值 Type&& 是 xvalues）和传入的左值引用作为左值（返回 Type&） .

【讨论】：

优秀的答案。我对此很感兴趣：If you call Fwd with an lvalue, C++'s type-deduction rules mean that T will be deduced as Type&。也许我缺乏理解超出了评论的范围，我需要更多地研究这个（或发布另一个问题）。但是，我不明白为什么类型推导会选择T作为Type&而不是Type。

@DanNissenbaum：有几个原因，但最简单的也是最明显的：它不会复制值（实际上可能无法复制）。

如果T 被推断为Type，那么Fwd() 的参数类型 将是Type&&，对吧？我想这就是我不明白的。

@DanNissenbaum：然后转发就不会完美了。如果我将左值传递给Fwd，Fwd 需要将左值传递给Call。 Fwd 将 Type&& 转发为 xvalue，而不是左值。因此，转发并不完美。此外，该规则是 C++98 的一部分，其中不存在右值引用。

如我所想，很明显编译器不会将T推断为Type，如果调用Fwd的参数是左值，因为函数签名将是Fwd(Type &&)，并且编译器不允许将左值传递给接受右值引用的函数。下一个可能的选择是T是Type &，对应一个函数签名Fwd(Type & &&)，（根据引用折叠规则）变成Fwd(Type &)，这是一个可接受的函数签名，所以使用。

【参考方案2】：

规则其实很简单。 Rvalue reference 是对某个临时值的引用，该临时值不会在使用它的表达式之外持续存在 - 与引用持久数据的 lvalue reference 形成对比。因此，如果您有对持久数据的引用，无论您将它与其他什么引用结合起来，实际引用的数据都是左值 - 这涵盖了前 3 条规则。第 4 条规则也很自然——对右值引用的右值引用仍然是对非持久数据的引用，因此产生了右值引用。

是的，C++11 实用程序依赖于这些规则，您的链接提供的实现与真实标头匹配：http://en.cppreference.com/w/cpp/utility/forward

是的，在使用 std::move 和 std::forward 实用程序时，将应用折叠规则以及模板参数推导规则，就像您的链接中解释的那样。

remove_reference 等类型特征的使用确实取决于您的需求； move 和 forward 覆盖最休闲的情况。

【讨论】：

但是，在情况 3 中，您有 A&& &，因此您“开始”引用一个 临时 值 (A&&)，然后取一个引用它 (A&& &)，那么这个 not 不是属于“if you have a reference to a persisting data, no matter what other references you combine it with...”类别吗（因为您没有从对持久数据的引用开始）？

@DanNissenbaum 这是一个很好的观察。我想尽管起点是右值引用，但编译器会检查整个表达式以做出更有根据的决定。 & 和 && 之间的关系就像false(&) 和true(&&) 之间的逻辑and。

“左值”是一个表达式类别，不可能将“实际引用的数据”描述为左值。右值引用也可以引用非临时对象（例如X&& y = std::move(x);）