右值引用

右值引用

右值引用

右值引用是 C++11 引入的与 Lambda 表达式齐名的重要特性之一。它的引入解决了 C++ 中大量的历史遗留问题, 消除了诸如 std::vectorstd::string 之类的额外开销, 也才使得函数对象容器 std::function 成为了可能。

左值、右值的纯右值、将亡值、右值

要弄明白右值引用到底是怎么一回事,必须要对左值和右值做一个明确的理解。

左值 (lvalue, left value),顾名思义就是赋值符号左边的值。准确来说, 左值是表达式(不一定是赋值表达式)后依然存在的持久对象。

右值 (rvalue, right value),右边的值,是指表达式结束后就不再存在的临时对象。

而 C++11 中为了引入强大的右值引用,将右值的概念进行了进一步的划分,分为:纯右值、将亡值。

纯右值 (prvalue, pure rvalue),纯粹的右值,要么是纯粹的字面量,例如 10, true; 要么是求值结果相当于字面量或匿名临时对象,例如 1+2。非引用返回的临时变量、运算表达式产生的临时变量、 原始字面量、Lambda 表达式都属于纯右值。

需要注意的是,字面量除了字符串字面量以外,均为纯右值。而字符串字面量是一个左值,类型为 const char 数组。例如:

#include <type_traits>

int main() {
    // 正确,"01234" 类型为 const char [6],因此是左值
    const char (&left)[6] = "01234";

    // 断言正确,确实是 const char [6] 类型,注意 decltype(expr) 在 expr 是左值
    // 且非无括号包裹的 id 表达式与类成员表达式时,会返回左值引用
    static_assert(std::is_same<decltype("01234"), const char(&)[6]>::value, "");

    // 错误,"01234" 是左值,不可被右值引用
    // const char (&&right)[6] = "01234";
}

但是注意,数组可以被隐式转换成相对应的指针类型,而转换表达式的结果(如果不是左值引用)则一定是个右值(右值引用为将亡值,否则为纯右值)。例如:

const char*   p   = "01234";  // 正确,"01234" 被隐式转换为 const char*
const char*&& pr  = "01234";  // 正确,"01234" 被隐式转换为 const char*,该转换的结果是纯右值
// const char*& pl = "01234"; // 错误,此处不存在 const char* 类型的左值

将亡值 (xvalue, expiring value),是 C++11 为了引入右值引用而提出的概念(因此在传统 C++ 中, 纯右值和右值是同一个概念),也就是即将被销毁、却能够被移动的值。

将亡值可能稍有些难以理解,我们来看这样的代码:

std::vector<int> foo() {
    std::vector<int> temp = {1, 2, 3, 4};
    return temp;
}

std::vector<int> v = foo();

在这样的代码中,就传统的理解而言,函数 foo 的返回值 temp 在内部创建然后被赋值给 v, 然而 v 获得这个对象时,会将整个 temp 拷贝一份,然后把 temp 销毁,如果这个 temp 非常大, 这将造成大量额外的开销(这也就是传统 C++ 一直被诟病的问题)。在最后一行中,v 是左值、 foo() 返回的值就是右值(也是纯右值)。但是,v 可以被别的变量捕获到, 而 foo() 产生的那个返回值作为一个临时值,一旦被 v 复制后,将立即被销毁,无法获取、也不能修改。 而将亡值就定义了这样一种行为:临时的值能够被识别、同时又能够被移动。

在 C++11 之后,编译器为我们做了一些工作,此处的左值 temp 会被进行此隐式右值转换, 等价于 static_cast<std::vector<int> &&>(temp),进而此处的 v 会将 foo 局部返回的值进行移动。 也就是后面我们将会提到的移动语义。

右值引用和左值引用