C++ 11 左值，右值，左值引用，右值引用，std::move, std::foward

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這篇文章要介紹的內容和標題一致，關於C++ 11中的這幾個特性網上介紹的文章很多，看了一些之後想把幾個比較關鍵的點總結記錄一下，文章比較長。給出了很多程式碼範例，都是編譯運行測試過的，希望能用這些協助理解C++ 11中這些比較重要的特性。
關於左值和右值的定義

左值和右值在C中就存在，不過存在感不高，在C++尤其是C++11中這兩個概念比較重要，左值就是有名字的變數（對象），可以被賦值，可以在多條語句中使用，而右值呢，就是臨時變數（對象），沒有名字，只能在一條語句中出現，不能被賦值。

在 C++11 之前，右值是不能被引用的，最大限度就是用常量引用綁定一個右值，如 :

const int& i = 3;

在這種情況下，右值不能被修改的。但是實際上右值是可以被修改的，如 :

T().set().get();

T 是一個類，set 是一個函數為 T 中的一個變數賦值，get 用來取出這個變數的值。在這句中，T() 產生一個臨時對象，就是右值，set() 修改了變數的值，也就修改了這個右值。
既然右值可以被修改，那麼就可以實現右值引用。右值引用能夠方便地解決實際工程中的問題，實現非常有吸引力的解決方案。
右值引用

左值的聲明符號為”&”， 為了和左值區分，右值的聲明符號為”&&”。

給出一個執行個體程式如下

#include <iostream>void process_value(int& i) {   std::cout << "LValue processed: " << i << std::endl; } void process_value(int&& i) {   std::cout << "RValue processed: " << i << std::endl; } int main() {   int a = 0;   process_value(a);  process_value(1); }

結果如下

[email protected]:~$ g++ -std=c++11  test.cpp[email protected]:~$ ./a.out LValue processed: 0RValue processed: 1

Process_value 函數被重載，分別接受左值和右值。由輸出結果可以看出，臨時對象是作為右值處理的。

下面涉及到一個問題：
x的類型是右值引用，指向一個右值，但x本身是左值還是右值呢？C++11對此做出了區分：

Things that are declared as rvalue reference can be lvalues or rvalues. The distinguishing criterion is: if it has a name, then it is an lvalue. Otherwise, it is an rvalue.

對上面的程式稍作修改就可以印證這個說法

#include <iostream>void process_value(int& i) {   std::cout << "LValue processed: " << i << std::endl; } void process_value(int&& i) {   std::cout << "RValue processed: "  << std::endl; } int main() {   int a = 0;   process_value(a);  int&& x = 3;  process_value(x); }

[email protected]:~$ g++ -std=c++11  test.cpp[email protected]:~$ ./a.out LValue processed: 0LValue processed: 3

x 是一個右值引用，指向一個右值3，但是由於x是有名字的，所以x在這裡被視為一個左值，所以在函數重載的時候選擇為第一個函數。
右值引用的意義

直觀意義：為臨時變數續命，也就是為右值續命，因為右值在運算式結束後就消亡了，如果想繼續使用右值，那就會動用昂貴的拷貝建構函式。（關於這部分，推薦一本書《深入理解C++11》）
右值引用是用來支援轉移語義的。轉移語義可以將資源 ( 堆，系統對象等 ) 從一個對象轉移到另一個對象，這樣能夠減少不必要的臨時對象的建立、拷貝以及銷毀，能夠大幅度提高 C++ 應用程式的效能。臨時對象的維護 ( 建立和銷毀 ) 對效能有嚴重影響。
轉移語義是和拷貝語義相對的，可以類比檔案的剪下與拷貝，當我們將檔案從一個目錄拷貝到另一個目錄時，速度比剪下慢很多。
通過轉移語義，臨時對象中的資源能夠轉移其它的對象裡。
在現有的 C++ 機制中，我們可以定義拷貝建構函式和賦值函數。要實現轉移語義，需要定義轉移建構函式，還可以定義轉移賦值操作符。對於右值的拷貝和賦值會調用轉移建構函式和轉移賦值操作符。如果轉移建構函式和轉移拷貝操作符沒有定義，那麼就遵循現有的機制，拷貝建構函式和賦值操作符會被調用。
普通的函數和操作符也可以利用右值引用操作符實現轉移語義。
轉移語義以及轉移建構函式和轉移複製運算子

以一個簡單的 string 類為樣本，實現拷貝建構函式和拷貝賦值操作符。

 class MyString {  private:   char* _data;   size_t   _len;   void _init_data(const char *s) {     _data = new char[_len+1];     memcpy(_data, s, _len);     _data[_len] = ‘\0‘;   }  public:   MyString() {     _data = NULL;     _len = 0;   }   MyString(const char* p) {     _len = strlen (p);     _init_data(p);   }   MyString(const MyString& str) {     _len = str._len;     _init_data(str._data);     std::cout << "Copy Constructor is called! source: " << str._data << std::endl;   }   MyString& operator=(const MyString& str) {     if (this != &str) {       _len = str._len;       _init_data(str._data);     }     std::cout << "Copy Assignment is called! source: " << str._data << std::endl;     return *this;   }   virtual ~MyString() {     if (_data) free(_data);   }  };  int main() {   MyString a;   a = MyString("Hello");   std::vector<MyString> vec;   vec.push_back(MyString("World"));  }

 Copy Assignment is called! source: Hello  Copy Constructor is called! source: World

這個 string 類已經基本滿足我們示範的需要。在 main 函數中，實現了調用拷貝建構函式的操作和拷貝賦值操作符的操作。MyString(“Hello”) 和 MyString(“World”) 都是臨時對象，也就是右值。雖然它們是臨時的，但程式仍然調用了拷貝構造和拷貝賦值，造成了沒有意義的資源申請和釋放的操作。如果能夠直接使用臨時對象已經申請的資源，既能節省資源，有能節省資源申請和釋放的時間。這正是定義轉移語義的目的。

我們先定義轉移建構函式。

  MyString(MyString&& str) {     std::cout << "Move Constructor is called! source: " << str._data << std::endl;     _len = str._len;     _data = str._data;     str._len = 0;     str._data = NULL;  }

有下面幾點需要對照代碼注意：

1. 參數（右值）的符號必須是右值引用符號，即“&&”。
2. 參數（右值）不可以是常量，因為我們需要修改右值。
3. 參數（右值）的資源連結和標記必須修改。否則，右值的解構函式就會釋放資源。轉移到新對象的資源也就無效了。

現在我們定義轉移賦值操作符。

  MyString& operator=(MyString&& str) {     std::cout << "Move Assignment is called! source: " << str._data << std::endl;     if (this != &str) {       _len = str._len;       _data = str._data;       str._len = 0;       str._data = NULL;     }     return *this;  }

這裡需要注意的問題和轉移建構函式是一樣的。
增加了轉移建構函式和轉移複製操作符後，我們的程式運行結果為 :

由此看出，編譯器區分了左值和右值，對右值調用了轉移建構函式和轉移賦值操作符。節省了資源，提高了程式啟動並執行效率。
有了右值引用和轉移語義，我們在設計和實作類別時，對於需要動態申請大量資源的類，應該設計轉移建構函式和轉移賦值函數，以提高應用程式的效率。

關於std::move()和std::forward 再次推薦一本書：《effective modern C++》
英文版的，這裡有篇關於其中item25的翻譯不錯

請看這裡

但是這幾點總結的不錯

std::move執行一個無條件的轉化到右值。它本身並不移動任何東西；std::forward把其參數轉換為右值，僅僅在那個參數被綁定到一個右值時；std::move和std::forward在運行時（runtime）都不做任何事。

C++ 11 左值，右值，左值引用，右值引用，std::move, std::foward