C++中的万能引用和完美转发

爱被打了一巴掌 2022-03-25 12:43 291阅读 0赞

### 文章目录 ###

*  C++中的万能引用和完美转发
 *   *  万能引用（Universal Reference）
     *  引用折叠（Reference Collapse）
     *  完美转发（Perfect Forwarding）

# C++中的万能引用和完美转发 #

1.  阅读这篇博文需要了解C++中的左值（lvalue）和右值（rvalue）的概念，详情参见我的另外一篇博文：[C++移动语义及拷贝优化][C]
2.  万能引用和完美转发多涉及到模板的使用，如若不是自己写模板，则可不用关心

## 万能引用（Universal Reference） ##

首先，我们来看一个例子：

#include <iostream>
    
    using std::cout;
    using std::endl;
    
    
    template<typename T>
    void func(T& param) {
        cout << param << endl;
    }
    
    
    int main() {
        int num = 2019;
        func(num);
        return 0;
    }

这样例子的编译输出都没有什么问题，但是如果我们修改成下面的调用方式呢？

int main() {
        func(2019);
        return 0;
    }

则会得到一个大大的编译错误。因为上面的模板函数只能接受左值或者左值引用（左值一般是有名字的变量，可以取到地址的），我们当然可以重载一个接受右值的模板函数，如下也可以达到效果。

template<typename T>
    void func(T& param) {
        cout << "传入的是左值" << endl;
    }
    template<typename T>
    void func(T&& param) {
        cout << "传入的是右值" << endl;
    }
    
    
    
    int main() {
        int num = 2019;
        func(num);
        func(2019);
        return 0;
    }

输出结果：

传入的是左值
    传入的是右值

第一次函数调用的是左值得版本，第二次函数调用的是右值版本。但是，有没有办法只写一个模板函数即可以接收左值又可以接收右值呢？

C++ 11中有万能引用（Universal Reference）的概念：使用`T&&`类型的形参既能绑定右值，又能绑定左值。

但是注意了：**只有发生类型推导的时候，T&&才表示万能引用**；否则，表示右值引用。

所以，上面的案例我们可以修改为：

template<typename T>
    void func(T&& param) {
        cout << param << endl;
    }
    
    
    int main() {
        int num = 2019;
        func(num);
        func(2019);
        return 0;
    }

## 引用折叠（Reference Collapse） ##

万能引用说完了，接着来聊引用折叠（Reference Collapse），因为完美转发（Perfect Forwarding）的概念涉及引用折叠。一个模板函数，根据定义的形参和传入的实参的类型，我们可以有下面四中组合：

*  左值-左值 T& & \# 函数定义的形参类型是左值引用，传入的实参是左值引用
 *  左值-右值 T& && \# 函数定义的形参类型是左值引用，传入的实参是右值引用
 *  右值-左值 T&& & \# 函数定义的形参类型是右值引用，传入的实参是左值引用
 *  右值-右值 T&& && \# 函数定义的形参类型是右值引用，传入的实参是右值引用

但是C++中不允许对引用再进行引用，对于上述情况的处理有如下的规则：

所有的折叠引用最终都代表一个引用，要么是左值引用，要么是右值引用。规则是：**如果任一引用为左值引用，则结果为左值引用。否则（即两个都是右值引用），结果为右值引用**。

即就是前面三种情况代表的都是左值引用，而第四种代表的右值引用。

## 完美转发（Perfect Forwarding） ##

下面接着说完美转发（Perfect Forwarding），首先，看一个例子：

#include <iostream>
    
    using std::cout;
    using std::endl;
    
    template<typename T>
    void func(T& param) {
        cout << "传入的是左值" << endl;
    }
    template<typename T>
    void func(T&& param) {
        cout << "传入的是右值" << endl;
    }
    
    
    template<typename T>
    void warp(T&& param) {
        func(param);
    }
    
    
    int main() {
        int num = 2019;
        warp(num);
        warp(2019);
        return 0;
    }

猜一下，上面的输出结果是什么？

传入的是左值
    传入的是左值

是不是和我们预期的不一样，下面我们来分析一下原因：

`warp()`函数本身的形参是一个万能引用，即可以接受左值又可以接受右值；第一个`warp()`函数调用实参是左值，所以，`warp()`函数中调用`func()`中传入的参数也应该是左值；第二个`warp()`函数调用实参是右值，根据上面所说的引用折叠规则，warp()`函数接收的参数类型是右值引用，那么为什么却调用了调用`func()的左值版本了呢？这是因为在`warp()`函数内部，左值引用类型变为了右值，因为参数有了名称，我们也通过变量名取得变量地址。

那么问题来了，怎么保持函数调用过程中，变量类型的不变呢？这就是我们所谓的“完美转发”技术，在C++11中通过`std::forward()`函数来实现。我们修改我们的`warp()`函数如下：

template<typename T>
    void warp(T&& param) {
        func(std::forward<T>(param));
    }

则可以输出预期的结果。

[C]: https://theonegis.github.io/cxx/C-%E7%A7%BB%E5%8A%A8%E8%AF%AD%E4%B9%89%E5%8F%8A%E6%8B%B7%E8%B4%9D%E4%BC%98%E5%8C%96/