C++右值引用

一、左值、右值

1.1 什么是左值、右值

int a = 5;

简单来说，左值就是等号左边的值，可以取地址，也就是这里的 a；右值就是等号右边的值，不能够取地址，也就是这里的 5。

• a 可以通过 & 取地址，位于等号左边，所以 a 是左值
• 5 位于等号右边，5 没法通过 & 取地址，所以 5 是个右值

再看一个例子：

struct A {
    A(int a = 0) {
        a_ = a;
    }
 
    int a_;
};
 
A a = A();

• 同样的，a 可以通过 & 取地址，位于等号左边，所以 a 是左值
• A() 是个临时值，没法通过 & 取地址，位于等号右边，所以 A() 是个右值

1.2 什么是左值引用、右值引用

引用本质是别名，可以通过引用修改变量的值，传参时传引用可以避免拷贝，其实现原理和指针类似。

1.2.1 左值引用

左值引用能指向左值，不能指向右值的就是左值引用：

int a = 5;
int &ref_a = a; // 左值引用指向左值，编译通过
int &ref_a = 5; // 左值引用指向了右值，会编译失败

引用是变量的别名，由于右值没有地址，没法被修改，所以左值引用无法指向右值。

但是，const左值引用是可以指向右值的：

const int &ref_a = 5;  // 编译通过

const左值引用不会修改指向值，因此可以指向右值，这也是为什么要使用const &作为函数参数的原因之一，如std::vector的push_back：

void push_back (const value_type& val);

如果没有const，vec.push_back(5)这样的代码就无法编译通过了。

1.2.2 右值引用

再看下右值引用，右值引用的标志是 &&，顾名思义，右值引用专门为右值而生，可以指向右值，不能指向左值：

int &&ref_a_right = 5; // ok
 
int a = 5;
int &&ref_a_left = a; // 编译不过，右值引用不可以指向左值
 
ref_a_right = 6; // 右值引用的用途：可以修改右值

1.2.3 让右值引用指向左值

通过 std::move 可以使右值引用指向左值：

int a = 5; // a是个左值
int &ref_a_left = a; // 左值引用指向左值
int &&ref_a_right = std::move(a); // 通过std::move将左值转化为右值，可以被右值引用指向
 
cout << a; // output: 5

注意，std::move 的唯一作用是将左值强制转化为右值，源码如下：

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， 单纯的 std::move(xxx) 不会有性能提升。

同样的，右值引用能指向右值，本质上也是把右值提升为一个左值，并定义一个右值引用通过 std::move 指向该左值：

int &&ref_a = 5;
ref_a = 6; 
 
// 等同于以下代码：
 
int temp = 5;
int &&ref_a = std::move(temp);
ref_a = 6;

1.3 左值引用、右值引用本身是左值还是右值

被声明出来的左、右值引用都是左值。 因为被声明出的左右值引用是有地址的，也位于等号左边。

// 形参是个右值引用
void change(int&& right_value) {
    right_value = 8;
}
 
int main() {
    int a = 5; // a是个左值
    int &ref_a_left = a; // ref_a_left是个左值引用
    int &&ref_a_right = std::move(a); // ref_a_right是个右值引用
 
    change(a); // 编译不过，a是左值，change参数要求右值
    change(ref_a_left); // 编译不过，左值引用ref_a_left本身也是个左值
    change(ref_a_right); // 编译不过，右值引用ref_a_right本身也是个左值
     
    change(std::move(a)); // 编译通过
    change(std::move(ref_a_right)); // 编译通过
    change(std::move(ref_a_left)); // 编译通过
 
    change(5); // 直接接右值，编译通过
     
    cout << &a << ' ';
    cout << &ref_a_left << ' ';
    cout << &ref_a_right;
    // 打印这三个左值的地址，都是一样的
}

1. 从性能上讲，左右值引用没有区别，传参使用左右值引用都可以避免拷贝
2. 右值引用可以直接指向右值，也可以通过 std::move 指向左值；而左值引用只能指向左值（const 左值引用也能指向右值）
3. 作为函数形参时，右值引用更灵活。虽然 const 左值引用也可以做到左右值都接受，但它无法修改，有一定局限性

void f(const int& n) {
    n += 1; // 编译失败，const左值引用不能修改指向变量
}

void f2(int && n) {
    n += 1; // ok
}

int main() {
    f(5);
    f2(5);
}

二、右值引用的应用

2.1 实现移动语义

见 C++11新特性(一)。

2.2 完美转发

见 C++模板参数推导