C++(二)

C++11 类型分类

C++11 以后，进一步对类型进行了划分，右值被细分为纯右值 (prvalue)和将亡值 (xvalue)。

1. 纯右值 (pure value, 简称 prvalue)

• 定义：指那些字面值常量，或求值结果相当于字面值，或是一个不具名的临时对象。
• 等价关系：C++11 中的纯右值概念划分等价于 C++98 中的右值。
• 常见示例：
  • 字面值：42、true、nullptr
  • 不具名的临时对象或运算结果：str.substr(1, 2)、str1 + str2
  • 传值返回的函数调用
  • 内置类型的运算：如整型a、b，a++、a + b等

2. 将亡值 (expiring value, 简称 xvalue)

• 定义：指返回右值引用的函数的调用表达式，以及转换为右值引用的转换函数的调用表达式。
• 常见示例：
  • std::move(x)
  • static_cast<X&&>(x)

3. 泛左值 (generalized lvalue, 简称 glvalue)

• 定义：泛左值是一个更宽泛的概念，它包含了将亡值 (xvalue)和传统的左值 (lvalue)。
  

C++ 引用折叠 (Reference Collapsing)

1. 基本概念与规则

• 背景：C++ 中不能直接定义“引用的引用”，例如int& && r = i;会直接报错。但通过模板或typedef中的类型操作可以间接构成引用的引用。
• 折叠规则：当通过模板或 typedef 构成引用的引用时，C++11 给出了明确的折叠规则：
  • 右值引用的右值引用折叠成右值引用(&& &&->&&)。
  • 所有其他组合均折叠成左值引用(& &,& &&,&& &->&)。

2. typedef 与函数模板中的折叠演示

以下程序展示了在typedef和函数模板中，引用折叠的具体表现：

// 由于引用折叠限定，f1实例化以后总是一个左值引用template<classT>voidf1(T&x){}// 由于引用折叠限定，f2实例化后可以是左值引用，也可以是右值引用template<classT>voidf2(T&&x){}intmain(){typedefint&lref;typedefint&&rref;intn=0;// --- typedef 中的折叠规则 ---lref&r1=n;// r1 的类型是 int& (左值引用的左值引用 -> 左值引用)lref&&r2=n;// r2 的类型是 int& (左值引用的右值引用 -> 左值引用)rref&r3=n;// r3 的类型是 int& (右值引用的左值引用 -> 左值引用)rref&&r4=1;// r4 的类型是 int&& (右值引用的右值引用 -> 右值引用)// --- 模板 f1 的折叠演示 ---// 没有折叠 -> 实例化为 void f1(int& x)f1<int>(n);// f1<int>(0); // 报错，0为右值，无法传参// 折叠 -> 实例化为 void f1(int& x)f1<int&>(n);// f1<int&>(0); // 报错// 折叠 -> 实例化为 void f1(int& x)f1<int&&>(n);// f1<int&&>(0); // 报错// 折叠 -> 实例化为 void f1(const int& x)f1<constint&>(n);f1<constint&>(0);// const左值引用可以正常引用右值// 折叠 -> 实例化为 void f1(const int& x)f1<constint&&>(n);f1<constint&&>(0);// --- 模板 f2 的折叠演示 ---// 没有折叠 -> 实例化为 void f2(int&& x)// f2<int>(n); // 报错，右值引用不可以引用左值f2<int>(0);// 折叠 -> 实例化为 void f2(int& x)f2<int&>(n);// f2<int&>(0); // 报错，0为右值，无法传参// 折叠 -> 实例化为 void f2(int&& x)// f2<int&&>(n); // 报错f2<int&&>(0);return0;}

万能引用 (Universal Reference)

在像f2这样的函数模板中，T&& x参数看起来像是一个普通的右值引用参数，但由于引用折叠规则的存在，它的实际行为非常特殊：

• 当传递左值时，它就是左值引用。
• 当传递右值时，它就是右值引用。

因此，有些地方也把这种函数模板的参数叫做万能引用。

推导原理

在Function(T&& t)函数模板程序中，其背后的推导逻辑如下：

1. 实参为右值时
   假设实参是int右值，模板参数T会被推导为int。结合引用折叠规则，最终实例化出右值引用版本的函数。
2. 实参为左值时
   假设实参是int左值，模板参数T会被推导为int&。结合引用折叠规则（int& &&->int&），最终实例化出左值引用版本的函数。

完美转发 (Perfect Forwarding)

1. 为什么要使用完美转发？

在Function(T&& t)函数模板程序中：

• 传左值实例化以后是左值引用的Function函数。
• 传右值实例化以后是右值引用的Function函数。

存在的问题：
变量表达式都是左值属性。这意味着一个右值被右值引用绑定后，右值引用变量（即函数形参t）本身的属性是左值。如果我们直接把t传递给下一层函数Fun，那么匹配的永远都是左值引用版本的Fun函数。

为了在转发过程中保持t对象原始的左右值属性，我们需要使用完美转发。

2.std::forward的实现原理

std::forward本质是一个函数模板，主要通过引用折叠的方式实现。其核心源码简化如下：

template<class_Ty>_Ty&&forward(remove_reference_t<_Ty>&_Arg)noexcept{// 将参数无条件强转为 _Ty&&，利用引用折叠规则还原原始类型returnstatic_cast<_Ty&&>(_Arg);}