C++中的左值右值


左值和右值

一句话,左值可以取地址、位于等号左边;而右值没法取地址,位于等号右边。

int a = 5;
  • a可以通过 & 取地址,位于等号左边,所以a是左值。
  • 5位于等号右边,5没法通过 & 取地址,所以5是个右值。

左值引用和右值引用

能指向左值,不能指向右值的就是左值引用。

引用是变量的别名,由于右值没有地址,没法被修改,所以左值引用无法指向右值。

const左值引用是可以指向右值的,这是一个例外情况,因为const左值引用不会修改右值,所以是可以的。

右值引用的标志是&&,可以指向右值,不能指向左值。

int &&ref_a_right = 5; // ok
 
int a = 5;
int &&ref_a_left = a; // 编译不过,右值引用不可以指向左值
 
ref_a_right = 6; // 右值引用的用途:可以修改右值

右值引用指向左值-std::move

int a = 5;
int &&ref_a_right = std::move(a);

std::move移动不了什么,唯一的功能是把左值强制转化为右值,让右值引用可以指向左值。其实现等同于一个类型转换:static_cast<T&&>(lvalue)

左右值引用是左值还是右值

被声明出来的左、右值引用都是左值。

作为函数返回值的 && 是右值,直接声明出来的 && 是左值。 有名字的右值引用是左值,无名字的右值引用是右值。

从性能上讲,左右值引用没有区别,传参使用左右值引用都可以避免拷贝。

右值引用可以直接指向右值,也可以通过std::move指向左值;而左值引用只能指向左值(const左值引用也能指向右值)。

作为函数形参时,右值引用更灵活。虽然const左值引用也可以做到左右值都接受,但它无法修改,有一定局限性。

右值引用的性能价值

在实际场景中,右值引用和std::move被广泛用于在STL和自定义类中实现移动语义,避免拷贝,从而提升程序性能。

左值引用无法表达移动的语义,右值引用的出现解决了这个问题,在STL的很多容器中,都实现了以右值引用为参数的移动构造函数和移动赋值重载函数,或者其他函数,最常见的如std::vector的push_back和emplace_back。参数为左值引用意味着拷贝,为右值引用意味着移动。

编译器会默认在用户自定义的class和struct中生成移动语义函数,但前提是用户没有主动定义该类的拷贝构造等函数。

可移动对象在<需要拷贝且被拷贝者之后不再被需要>的场景,建议使用std::move触发移动语义,提升性能。

如下面的vector中的使用场景,就充分利用了右值引用的移动特性:

// 例2:std::vector和std::string的实际例子
int main() {
    std::string str1 = "aacasxs";
    std::vector<std::string> vec;
     
    vec.push_back(str1); // 传统方法,copy
    vec.push_back(std::move(str1)); // 调用移动语义的push_back方法,避免拷贝,str1会失去原有值,变成空字符串
    vec.emplace_back(std::move(str1)); // emplace_back效果相同,str1会失去原有值
    vec.emplace_back("axcsddcas"); // 当然可以直接接右值
}
 
// std::vector方法定义
void push_back (const value_type& val);
void push_back (value_type&& val);
 
void emplace_back (Args&&... args);

std::move本身只做类型转换,对性能无影响。 我们可以在自己的类中实现移动语义,避免深拷贝,充分利用右值引用和std::move的语言特性。

std::unique_ptr 只有移动构造函数,不能拷贝,从而实现了unique的语义。

std::forward

相比move,move只能转出来右值,forward都可以。

std::forward(u)有两个参数:T与 u。 a. 当T为左值引用类型时,u将被转换为T类型的左值; b. 否则u将被转换为T类型右值。

void change2(int&& ref_r) {
    ref_r = 1;
}
 
void change3(int& ref_l) {
    ref_l = 1;
}
 
// change的入参是右值引用
// 有名字的右值引用是 左值,因此ref_r是左值
void change(int&& ref_r) {
    change2(ref_r);  // 错误,change2的入参是右值引用,需要接右值,ref_r是左值,编译失败
     
    change2(std::move(ref_r)); // ok,std::move把左值转为右值,编译通过
    change2(std::forward<int &&>(ref_r));  // ok,std::forward的T是右值引用类型(int &&),符合条件b,因此u(ref_r)会被转换为右值,编译通过
     
    change3(ref_r); // ok,change3的入参是左值引用,需要接左值,ref_r是左值,编译通过
    change3(std::forward<int &>(ref_r)); // ok,std::forward的T是左值引用类型(int &),符合条件a,因此u(ref_r)会被转换为左值,编译通过
    // 可见,forward可以把值转换为左值或者右值
}

refs

一文读懂C++右值引用和std::move


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