c++ - C++11 中的 T&&（双 & 符号）是什么意思？

Question

我一直在研究 C++11 的一些新特性，其中一个我注意到的是声明变量时的双 & 符号，比如T&& var.

首先，这个野兽叫什么？我希望谷歌允许我们搜索这样的标点符号。

它到底是什么意思？

乍一看，它似乎是一个双重引用（如 C 风格的双指针T** var），但我很难想到一个用例。

Answer 1

它声明了一个右值引用（标准提案文档）。

这是对右值引用的介绍。

这是 Microsoft 的标准库开发人员之一对右值引用的精彩深入了解。

注意： MSDN 上的链接文章（“Rvalue References: C++0x Features in VC10, Part 2”）是对 Rvalue 引用的非常清晰的介绍，但对 Rvalue 引用的陈述在 C++11 草案中曾经是正确的标准，但不是最后一个！具体来说，它在不同的点上说右值引用可以绑定到左值，这曾经是正确的，但被改变了。（例如 int x; int &&rrx = x; 不再在 GCC 中编译） – 2014-07-13 16:12:47

C++03 引用（现在在 C++11 中称为左值引用）之间的最大区别在于它可以像临时一样绑定到右值，而不必是 const。因此，这种语法现在是合法的：

T&& r = T();

右值引用主要提供以下内容：

移动语义。现在可以定义一个移动构造函数和移动赋值运算符，它采用右值引用而不是通常的 const-lvalue 引用。移动的功能类似于副本，但不必保持源不变；事实上，它通常会修改源，使其不再拥有移动的资源。这对于消除无关副本非常有用，尤其是在标准库实现中。

例如，复制构造函数可能如下所示：

foo(foo const& other)
{
    this->length = other.length;
    this->ptr = new int[other.length];
    copy(other.ptr, other.ptr + other.length, this->ptr);
}

如果这个构造函数被传递了一个临时的，副本将是不必要的，因为我们知道临时将被销毁；为什么不利用临时已经分配的资源呢？在 C++03 中，没有办法阻止复制，因为我们无法确定我们是否传递了一个临时的。在 C++11 中，我们可以重载移动构造函数：

foo(foo&& other)
{
   this->length = other.length;
   this->ptr = other.ptr;
   other.length = 0;
   other.ptr = nullptr;
}

请注意这里的最大区别：移动构造函数实际上修改了它的参数。这将有效地将临时“移动”到正在构造的对象中，从而消除不必要的副本。

移动构造函数将用于临时对象和非常量左值引用，这些引用使用std::move函数显式转换为右值引用（它只是执行转换）。以下代码都为f1and调用移动构造函数f2：

foo f1((foo())); // Move a temporary into f1; temporary becomes "empty"
foo f2 = std::move(f1); // Move f1 into f2; f1 is now "empty"

完美转发。右值引用允许我们正确地转发模板函数的参数。以这个工厂函数为例：

template <typename T, typename A1>
std::unique_ptr<T> factory(A1& a1)
{
    return std::unique_ptr<T>(new T(a1));
}

如果我们调用factory<foo>(5)，参数将被推导出为int&，它不会绑定到文字 5，即使foo的构造函数采用int. 好吧，我们可以改为使用A1 const&，但是如果foo通过非常量引用获取构造函数参数呢？要创建一个真正通用的工厂函数，我们必须重载 factory onA1&和 on A1 const&。如果 factory 采用 1 个参数类型，那可能会很好，但每个额外的参数类型都会将必要的重载集乘以 2。这很快就无法维护。

右值引用通过允许标准库定义一个std::forward可以正确转发左值/右值引用的函数来解决这个问题。有关如何std::forward工作的更多信息，请参阅这个出色的答案。

这使我们能够像这样定义工厂函数：

template <typename T, typename A1>
std::unique_ptr<T> factory(A1&& a1)
{
    return std::unique_ptr<T>(new T(std::forward<A1>(a1)));
}

现在，当传递给T' 的构造函数时，参数的 rvalue/lvalue-ness 被保留。这意味着如果使用右值调用 factory，则使用右值T调用 的构造函数。如果使用左值调用 factory，则使用左值T调用 的构造函数。改进的工厂函数之所以起作用，是因为有一个特殊规则：

当函数形参类型是模板形参的形式T&&，T并且函数实参是 type 的左值时A，该类型A&用于模板实参推导。

因此，我们可以像这样使用工厂：

auto p1 = factory<foo>(foo()); // calls foo(foo&&)
auto p2 = factory<foo>(*p1);   // calls foo(foo const&)

重要的右值参考属性：

• 对于重载决议，左值更喜欢绑定到左值引用，而右值更喜欢绑定到右值引用。因此，为什么临时工更喜欢调用移动构造函数/移动赋值运算符而不是复制构造函数/赋值运算符。
• 右值引用将隐式绑定到右值和作为隐式转换结果的临时值。iefloat f = 0f; int&& i = f;格式正确，因为 float 可以隐式转换为 int；引用将是一个临时的，它是转换的结果。
• 命名的右值引用是左值。未命名的右值引用是右值。 这对于理解为什么在以下std::move情况下需要调用很重要：foo&& r = foo(); foo f = std::move(r);

Answer 2

它表示一个右值引用。除非以其他方式显式生成，否则右值引用只会绑定到临时对象。它们用于在某些情况下使对象更有效，并提供一种称为完美转发的工具，这极大地简化了模板代码。

在 C++03 中，您无法区分非可变左值和右值的副本。

std::string s;
std::string another(s);           // calls std::string(const std::string&);
std::string more(std::string(s)); // calls std::string(const std::string&);

在 C++0x 中，情况并非如此。

std::string s;
std::string another(s);           // calls std::string(const std::string&);
std::string more(std::string(s)); // calls std::string(std::string&&);

考虑这些构造函数背后的实现。在第一种情况下，字符串必须执行复制以保留值语义，这涉及到新的堆分配。但是，在第二种情况下，我们预先知道传入构造函数的对象将立即销毁，并且不必保持不变。在这种情况下，我们可以有效地只交换内部指针而不执行任何复制，这大大提高了效率。移动语义有利于任何具有昂贵或禁止复制内部引用资源的类。考虑以下情况std::unique_ptr- 现在我们的类可以区分临时和非临时，我们可以使移动语义正确工作，以便unique_ptr不能复制但可以移动，这意味着std::unique_ptr可以合法地存储在标准容器中、排序等，而 C++03std::auto_ptr则不能。

现在我们考虑右值引用的另一种用法——完美转发。考虑将引用绑定到引用的问题。

std::string s;
std::string& ref = s;
(std::string&)& anotherref = ref; // usually expressed via template

不记得 C++03 对此有何评论，但在 C++0x 中，处理右值引用时的结果类型至关重要。对类型 T 的右值引用（其中 T 是引用类型）成为类型 T 的引用。

(std::string&)&& ref // ref is std::string&
(const std::string&)&& ref // ref is const std::string&
(std::string&&)&& ref // ref is std::string&&
(const std::string&&)&& ref // ref is const std::string&&

考虑最简单的模板函数——最小值和最大值。在 C++03 中，您必须手动重载 const 和非常量的所有四种组合。在 C++0x 中，它只是一个重载。结合可变参数模板，这可以实现完美的转发。

template<typename A, typename B> auto min(A&& aref, B&& bref) {
    // for example, if you pass a const std::string& as first argument,
    // then A becomes const std::string& and by extension, aref becomes
    // const std::string&, completely maintaining it's type information.
    if (std::forward<A>(aref) < std::forward<B>(bref))
        return std::forward<A>(aref);
    else
        return std::forward<B>(bref);
}

我放弃了返回类型推导，因为我不记得它是如何临时完成的，但那个 min 可以接受左值、右值、常量左值的任何组合。

Answer 3

T&& 当与类型推导（例如完美转发）一起使用时，术语 for通俗地称为转发引用。“通用引用”一词是由 Scott Meyers在本文中创造的，但后来被更改。

那是因为它可能是右值或左值。

例子是：

// template
template<class T> foo(T&& t) { ... }

// auto
auto&& t = ...;

// typedef
typedef ... T;
T&& t = ...;

// decltype
decltype(...)&& t = ...;

更多讨论可以在答案中找到：通用引用的语法

Answer 4

右值引用是一种行为与普通引用 X& 非常相似的类型，但有几个例外。最重要的是，当涉及到函数重载决议时，左值更喜欢旧式左值引用，而右值更喜欢新的右值引用：

void foo(X& x);  // lvalue reference overload
void foo(X&& x); // rvalue reference overload

X x;
X foobar();

foo(x);        // argument is lvalue: calls foo(X&)
foo(foobar()); // argument is rvalue: calls foo(X&&)

那么什么是右值？任何不是左值的东西。左值是引用内存位置的表达式，并允许我们通过 & 运算符获取该内存位置的地址。

首先通过一个例子来理解右值完成了什么几乎更容易：

 #include <cstring>
 class Sample {
  int *ptr; // large block of memory
  int size;
 public:
  Sample(int sz=0) : ptr{sz != 0 ? new int[sz] : nullptr}, size{sz} 
  {
     if (ptr != nullptr) memset(ptr, 0, sz);
  }
  // copy constructor that takes lvalue 
  Sample(const Sample& s) : ptr{s.size != 0 ? new int[s.size] :\
      nullptr}, size{s.size}
  {
     if (ptr != nullptr) memcpy(ptr, s.ptr, s.size);
     std::cout << "copy constructor called on lvalue\n";
  }

  // move constructor that take rvalue
  Sample(Sample&& s) 
  {  // steal s's resources
     ptr = s.ptr;
     size = s.size;        
     s.ptr = nullptr; // destructive write
     s.size = 0;
     cout << "Move constructor called on rvalue." << std::endl;
  }    
  // normal copy assignment operator taking lvalue
  Sample& operator=(const Sample& s)
  {
   if(this != &s) {
      delete [] ptr; // free current pointer
      size = s.size;

      if (size != 0) {
        ptr = new int[s.size];
        memcpy(ptr, s.ptr, s.size);
      } else 
         ptr = nullptr;
     }
     cout << "Copy Assignment called on lvalue." << std::endl;
     return *this;
  }    
 // overloaded move assignment operator taking rvalue
 Sample& operator=(Sample&& lhs)
 {
   if(this != &s) {
      delete [] ptr; //don't let ptr be orphaned 
      ptr = lhs.ptr;   //but now "steal" lhs, don't clone it.
      size = lhs.size; 
      lhs.ptr = nullptr; // lhs's new "stolen" state
      lhs.size = 0;
   }
   cout << "Move Assignment called on rvalue" << std::endl;
   return *this;
 }
//...snip
};     

构造函数和赋值运算符已被采用右值引用的版本重载。右值引用允许函数在编译时（通过重载解析）在“我是在左值还是右值上调用？”的条件下进行分支。这使我们能够在移动资源而不是复制资源之上创建更高效​​的构造函数和赋值运算符。

编译器在编译时自动分支（取决于它是为左值还是右值调用），选择是否应该调用移动构造函数或移动赋值运算符。

总结：右值引用允许移动语义（和完美转发，在下面的文章链接中讨论）。

一个易于理解的实用示例是类模板std::unique_ptr。由于 unique_ptr 维护其底层原始指针的独占所有权，因此无法复制 unique_ptr。这将违反他们的独占所有权不变式。所以他们没有复制构造函数。但他们确实有移动构造函数：

template<class T> class unique_ptr {
  //...snip
 unique_ptr(unique_ptr&& __u) noexcept; // move constructor
};

 std::unique_ptr<int[] pt1{new int[10]};  
 std::unique_ptr<int[]> ptr2{ptr1};// compile error: no copy ctor.  

 // So we must first cast ptr1 to an rvalue 
 std::unique_ptr<int[]> ptr2{std::move(ptr1)};  

std::unique_ptr<int[]> TakeOwnershipAndAlter(std::unique_ptr<int[]> param,\
 int size)      
{
  for (auto i = 0; i < size; ++i) {
     param[i] += 10;
  }
  return param; // implicitly calls unique_ptr(unique_ptr&&)
}

// Now use function     
unique_ptr<int[]> ptr{new int[10]};

// first cast ptr from lvalue to rvalue
unique_ptr<int[]> new_owner = TakeOwnershipAndAlter(\
           static_cast<unique_ptr<int[]>&&>(ptr), 10);

cout << "output:\n";

for(auto i = 0; i< 10; ++i) {
   cout << new_owner[i] << ", ";
}

output:
10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 

static_cast<unique_ptr<int[]>&&>(ptr)通常使用std::move完成

// first cast ptr from lvalue to rvalue
unique_ptr<int[]> new_owner = TakeOwnershipAndAlter(std::move(ptr),0);

Thomas Becker 的C++ Rvalue References Explained是一篇很好的文章，它用很多很好的例子解释了所有这些以及更多（比如右值如何允许完美转发以及这意味着什么）。这篇文章很大程度上依赖于他的文章。

一个简短的介绍是Stroutrup 等的A Brief Introduction to Rvalue References 。人