聊聊std::move函數(shù)和std::forward函數(shù)

以下文章來(lái)源于雨樂(lè)聊編程，作者雨樂(lè)

今天我們聊聊Modern cpp的兩個(gè)非常重要的概念移動(dòng)語(yǔ)義和轉(zhuǎn)發(fā)引用。

概念

值類(lèi)別

在C++11之前，值類(lèi)別分為左值和右值兩種，但是自C++11起，引入了純右值，消亡值兩種。其中，左值和將亡值合稱為泛左值，純右值和將亡值合稱為右值(C++11之前的右值等同于C++11中的純右值)。因?yàn)楸疚哪康牟辉谟诜治鲋殿?lèi)別，所以本文意義中的左值和右值就是字面意義上的左值右值。

右值(RVALUE)，即立即創(chuàng)建和使用的臨時(shí)值。在C++中，右值是與內(nèi)存地址無(wú)關(guān)的表達(dá)式，這意味著其沒(méi)有地址，也不能被修改。通常3、1.0以及std::string("abc")這種都屬于右值。

PS：需要注意的是常量字符串"abc"等這種屬于左值。

與右值相反，左值(LVALUE)，其具有內(nèi)存地址和可修改，其可以用于分配新值或者獲取對(duì)象的地址。

可能有人有疑問(wèn)，就是如何區(qū)分左值和右值，目前一個(gè)比較通用的判斷方式就是：判斷其是否可以取地址。

左值引用 & 右值引用

既然有左值和右值，那么相應(yīng)的，也就存在左值引用和右值引用，常常如下這種表示：

inta=0;
int&la=a;
int&&r=3;

在上述示例中，a、la以及r都屬于左值，其中l(wèi)a是左值引用，r是右值引用。

看下面一個(gè)例子：

#include

voidPrint(int&lref){
std::cout<

	

	上述示例輸出如下：

	
Lvaluereference
constLvaluereference
Rvaluereference

	

	std::move

	std::move是C++中的一個(gè)常用函數(shù)，它執(zhí)行到右值引用的轉(zhuǎn)換，允許您將左值轉(zhuǎn)換為右值。這在您想要轉(zhuǎn)移所有權(quán)或啟用對(duì)象的移動(dòng)語(yǔ)義的情況下非常有用。移動(dòng)語(yǔ)義允許開(kāi)發(fā)人員有效地將資源（如內(nèi)存或文件句柄）從一個(gè)對(duì)象傳輸?shù)搅硪粋€(gè)對(duì)象，而無(wú)需進(jìn)行不必要的復(fù)制。

	正如字面意義所理解的，移動(dòng)語(yǔ)義允許將對(duì)象有效地從一個(gè)位置“移動(dòng)”到另一個(gè)位置，而不是復(fù)制，這對(duì)于管理資源的對(duì)象特別有用。它實(shí)際上并沒(méi)有移動(dòng)任何東西；它只是將表達(dá)式的類(lèi)型更改為右值引用。這允許調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)或移動(dòng)賦值運(yùn)算符，而不是調(diào)用復(fù)制構(gòu)造函數(shù)或復(fù)制賦值運(yùn)算符。

	gcc對(duì)move的實(shí)現(xiàn)如下：

	
template
inlinetypenamestd::remove_reference<_Tp>::type&&
move(_Tp&&__t)
{returnstatic_cast::type&&>(__t);}

	

	也就是說(shuō)，其僅僅通過(guò)static_cast<>做了類(lèi)型轉(zhuǎn)換~

	std::move僅僅將對(duì)象轉(zhuǎn)換為右值引用，僅此而已

	
#include
#include

classObj{
public:
Obj(){
std::cout<

	

	輸出如下：

	
Defaultconstructor
Moveconstructor
Defaultconstructor
Moveassignmentoperator

	

	在上述示例中:

	?Obj1創(chuàng)建對(duì)象并調(diào)用構(gòu)造函數(shù)?obj2是通過(guò)使用std::move移動(dòng)obj1創(chuàng)建的，它調(diào)用移動(dòng)構(gòu)造函數(shù)?創(chuàng)建obj3并調(diào)用默認(rèn)構(gòu)造函數(shù)?當(dāng)使用std::move將obj2移動(dòng)到 obj3 時(shí)，將調(diào)用移動(dòng)賦值運(yùn)算符

	在此示例中，使用std::move操作， obj1到obj2 以及 obj2到obj3調(diào)用的是移動(dòng)的行為，這樣可以提高性能，尤其是在移動(dòng)大型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或資源時(shí)。但是，重要的是要注意移動(dòng)對(duì)象的狀態(tài)及其擁有的資源。

	
#include
#include

classObj{
public:
Obj(){
std::cout<p1=std::make_unique();

std::unique_ptrp2=std::move(p1);
if(p1){
std::cout<fun();

return0;
}

	

	在這個(gè)例子中，首先創(chuàng)建了一個(gè)類(lèi)型為std::unique_ptr的指針p1，然后通過(guò)調(diào)用std::move()將p1的所有權(quán)轉(zhuǎn)移至p2，接著判斷p1是否為有效的指針，如果是則輸出，接著p2調(diào)用fun()函數(shù)。

	上述示例輸出結(jié)果如下：

	
Objconstructed
infun
Objdestructed

	

	從這個(gè)輸出結(jié)果可以看出，通過(guò)std::move()將所有權(quán)從p1轉(zhuǎn)移至p2后，p1不再持有任何資源。

	std::forward

	std::forward是 C++ 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的一個(gè)函數(shù)模板，用于在模板函數(shù)中進(jìn)行完美轉(zhuǎn)發(fā)。它允許在模板函數(shù)中將參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)函數(shù)，同時(shí)保持參數(shù)的值類(lèi)別（value category）和 cv 限定符（const 或 volatile 限定符）不變。

	std::forward通常與右值引用（&&）結(jié)合使用，用于轉(zhuǎn)發(fā)傳遞給模板函數(shù)的參數(shù)。在模板函數(shù)內(nèi)部，你可以使用std::forward來(lái)將參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給其他函數(shù)，并保持原始參數(shù)的性質(zhì)。

	示例如下：

	
#include

voidPrint(constint&lref){
std::cout<
voidFun(T&&param){
Print(std::forward(param));
}

intmain(){
intx=5;
constinty=10;

Fun(x);//lvaluereference
Fun(y);//lvaluereference
Fun(20);//rvaluereference

return0;
}

	

	在這個(gè)例子中，我們創(chuàng)建了一個(gè)模板函數(shù)Fun()，其參數(shù)類(lèi)型為T(mén)&&，當(dāng)使用左值調(diào)用Fun()時(shí)候，它將param作為左值進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)使用右值調(diào)用Fun()時(shí)候，它將param作為右值進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，然后調(diào)用對(duì)應(yīng)的函數(shù)，這樣可保證在不損失真實(shí)類(lèi)型的情況下調(diào)用正確的函數(shù)。

	move vs forward

	對(duì)于第一次接觸這塊知識(shí)點(diǎn)的開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，可能有點(diǎn)疑惑，是否可以用move來(lái)替代forward，我們且看一個(gè)例子，相信你看了之后就不會(huì)對(duì)這塊一目了然：

	
#include


voidPrint(int&a){
std::cout<
voidfunc1(T&&a){
Print(std::move(a));
}


template
voidfunc2(T&&a){
Print(std::forward(a));
}

intmain(){
intarg=10;

std::cout<

	

	上述代碼輸出如下：

	
Callingfunc1withstd::move()...
int&&:10
int&&:25
Callingfunc2withstd::forward()...
int&:10
int&&:25

	

	在上述代碼中：

	?創(chuàng)建了兩個(gè)重載函數(shù)Print，其參數(shù)類(lèi)型分別為**int &和int &&**，函數(shù)的功能是輸出其參數(shù)的類(lèi)型

	?模板函數(shù)func1()，函數(shù)參數(shù)a為轉(zhuǎn)發(fā)引用(T&&，也有地方稱之為萬(wàn)能引用)，函數(shù)體內(nèi)調(diào)用參數(shù)為std::move(a)的Print()函數(shù)，將a轉(zhuǎn)換為右值引用，這意味著，如果a是左值，則傳遞給Print()函數(shù)的參數(shù)類(lèi)型為右值引用

	?模板函數(shù)func2()，與模板函數(shù)func1()一樣，該函數(shù)也采用轉(zhuǎn)發(fā)引用(T&&)。但是，它使用 std::forward來(lái)保留a的原始值類(lèi)別。這意味著如果a是左值，它將作為左值傳遞給Print()函數(shù)，如果它是右值，它將作為右值傳遞

	?在 main() 中，使用左值和右值調(diào)用函數(shù)func1和func2，以觀察對(duì)應(yīng)的行為

	通過(guò)上面輸出，基本可以區(qū)分這倆，在此，做下簡(jiǎn)單的總結(jié)：

	?目的

	?std::forward：用于完全按照傳遞的參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)，保留其值類(lèi)別(左值或右值)

	?std::move：用于將對(duì)象轉(zhuǎn)換為右值引用，通常用于啟用移動(dòng)語(yǔ)義并轉(zhuǎn)移所有權(quán)

	?用法

	?std::forward：通常用于轉(zhuǎn)發(fā)引用(通用引用)，以保留傳遞給另一個(gè)函數(shù)的參數(shù)的值類(lèi)別

	?std::move：用于將對(duì)象顯式轉(zhuǎn)換為右值引用

	?影響

	?std::forward：不更改參數(shù)的值類(lèi)別。如果原始參數(shù)是右值引用，則它返回右值引用，否則返回左值引用

	?std::move：將其參數(shù)轉(zhuǎn)換為右值引用，將其值類(lèi)別更改為右值

	?安全

	?std::forward：可以安全地與轉(zhuǎn)發(fā)引用 (T&&) 一起使用，以確保正確轉(zhuǎn)發(fā)參數(shù)，而不會(huì)產(chǎn)生不必要的副本。

	?std::move：應(yīng)謹(jǐn)慎使用，因?yàn)樗赡軙?huì)導(dǎo)致從其他地方仍需要的對(duì)象移動(dòng)，從而導(dǎo)致未定義的行為

	?場(chǎng)景

	?std::forward：用于需要完美轉(zhuǎn)發(fā)參數(shù)的場(chǎng)景，例如模板函數(shù)和類(lèi)中。

	?std::move：在顯式轉(zhuǎn)移所有權(quán)或調(diào)用移動(dòng)語(yǔ)義時(shí)使用，例如從函數(shù)返回僅移動(dòng)類(lèi)型時(shí)

	?返回類(lèi)型

	?std::forward：返回類(lèi)型取決于傳遞給它的參數(shù)的值類(lèi)別，它可以返回左值引用或右值引用。

	?std::move：始終返回右值引用