C++11:右值引用


右值引用是一种新的 C++ 语法,基于右值引用引申出了 2 种 C++ 编程技巧,分别为移动语义和完美转发。本文主要介绍什么是右值引用以及它的基本用法。

1. C++左值和右值

右值引用可以从字面意思上理解,指的是以引用传递(而非值传递)的方式使用 C++ 右值。在 C++ 或者 C 语言中,一个表达式(可以是字面量、变量、对象、函数的返回值等)根据其使用场景不同,分为左值表达式和右值表达式。确切的说 C++ 中左值和右值的概念是从 C 语言继承过来的。

左值的英文简写为“lvalue”,右值的英文简写为“rvalue”。很多人认为它们分别是"left value"、“right value” 的缩写,其实不然。lvalue 是“loactor value”的缩写,意为存储在内存中、有明确存储地址(可寻址)的数据,而 rvalue 译为 “read value”,指的是那些可以提供数据值的数据(不一定可以寻址,例如存储于寄存器中的数据)。

通常情况下,判断某个表达式是左值还是右值,有以下 2 种方法:

  1. 可位于赋值号(=)左侧的表达式就是左值;反之,只能位于赋值号右侧的表达式就是右值。举个例子:
int a = 5;
5 = a; // 错误,5 不能为左值

其中,变量 a 就是一个左值,而字面量 5 就是一个右值。C++ 中的左值也可以当做右值使用,例如:

int b = 10; // b 是一个左值
a = b; // a、b 都是左值,只不过将 b 可以当做右值使用
  1. 有名称的、可以获取到存储地址的表达式即为左值;反之则是右值。

以上面定义的变量 a、b 为例,a 和 b 是变量名,且通过 &a 和 &b 可以获得他们的存储地址,因此 a 和 b 都是左值;反之,字面量 5、10,它们既没有名称,也无法获取其存储地址(字面量通常存储在寄存器中,或者和代码存储在一起),因此 5、10 都是右值。

注意,以上 2 种判定方法只适用于大部分场景。

2. C++右值引用

前面提到,其实 C++98/03 标准中就有引用,使用 “&” 表示。但此种引用方式有一个缺陷,即正常情况下只能操作 C++ 中的左值,无法对右值添加引用。举个例子:

int num = 10;
int &b = num; //正确
int &c = 10; //错误

如上所示,编译器允许我们为 num 左值建立一个引用,但不可以为 10 这个右值建立引用。因此,C++98/03 标准中的引用又称为左值引用。

注意,虽然 C++98/03 标准不支持为右值建立非常量左值引用,但允许使用常量左值引用操作右值。也就是说,常量左值引用既可以操作左值,也可以操作右值,例如:

int num = 10;
const int &b = num;
const int &c = 10;

我们知道,右值往往是没有名称的,因此要使用它只能借助引用的方式。这就产生一个问题,实际开发中我们可能需要对右值进行修改(实现移动语义时就需要),显然左值引用的方式是行不通的。为此,C++11 标准新引入了另一种引用方式,称为右值引用,用 “&&” 表示。

需要注意的,和声明左值引用一样,右值引用也必须立即进行初始化操作,且只能使用右值进行初始化,例如:

int num = 10;
//int && a = num;  // 右值引用不能初始化为左值
int && a = 10;

和常量左值引用不同的是,右值引用还可以对右值进行修改。例如:

int && a = 10;
a = 100;
cout << a << endl;	// a = 100

另外值得一提的是,C++ 语法上是支持定义常量右值引用的,例如:

const int&& a = 10; // 编译器不会报错

但这种定义出来的右值引用并无实际用处。一方面,右值引用主要用于移动语义和完美转发,其中前者需要有修改右值的权限;其次,常量右值引用的作用就是引用一个不可修改的右值,这项工作完全可以交给常量左值引用完成。

下图给出 C++ 左值引用和右值引用的可以引用的值类型和使用场景:

在这里插入图片描述

表中,Y 表示支持,N 表示不支持。

其实,C++11 标准中对右值做了更细致的划分,分别称为纯右值(Pure value,简称 pvalue)和将亡值(eXpiring value,简称 xvalue )。其中纯右值就是 C++98/03 标准中的右值,而将亡值则指的是和右值引用相关的表达式(比如某函数返回的 T && 类型的表达式)。当然对于纯右值和将亡值,都属于右值。

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