C++理解std::move和转发（std::forward)

理解 std::move

标准库move函数是使用右值引用的模板的一个很好的例子。

幸运的是，我们不必理解move所使用的模板机制也可以直接使用它。

但是，研究move是如何工作的可以帮助我们巩固对模板的理解和使用。

我们注意到，虽然不能直接将一个右值引用绑定到一个左值上，但可以用move获得一个绑定到左值上的右值引用。

由于move本质上可以接受任何类型的实参，因此我们不会惊讶于它是一个函数模板。

std:move是如何定义的

标准库是这样定义move的：

//在返回类型和类型转换中也要用到typename
template <typename T>
typename remove_reference<T>::typess move(T&& t)
{return static_cast<typename remove_reference<T>::type&&>(t);
}

这段代码很短，但其中有些微妙之处。

首先，move的函数参数T&&是一个指向模板类型参数的右值引用。通过引用折叠，此参数可以与任何类型的实参匹配。特别是，我们既可以传递给move一个左值，也可以传递给它一个右值，

    string s1("hi!"),s2;s2 = std::move(string("bye!"));// 正确：从一个右值移动数据s2 = std::move(s1);// 正确：但在赋值之后，s1的值是不确定的cout << s1 << endl;//没有打印任何东西

std::move是如何工作的

第一个赋值·

在第一个赋值中，传递给move 的实参是 string的构造函数的右值结果——string("bye!”)。

如我们已经见到过的，当向一个右值引用函数参数传递一个右值时，由实参推断出的类型为被引用的类型。

因此，在std::move(string("bye!"))中：

推断出的T的类型为string。
因此，remove reference用string进行实例化。
remove reference<string>的type成员是string。
move 的返回类型是string&&。
move的函数参数t的类型为string&&。

因此，这个调用实例化move<string>，即函数

string&& move(string &&t)

函数体返回 static cast<string&&>(t)。t的类型已经是string&&，于是类型转换什么都不做。因此，此调用的结果就是它所接受的右值引用。

第二个赋值

现在考虑第二个赋值，它调用了std::move()。

在此调用中，传递给move的实参是一个左值。这样：

推断出的T的类型为string&(string的引用，而非普通string)。
因此，remove_reference用string&进行实例化。
remove_reference<string&>的type成员是string。
move 的返回类型仍是string&&。
move的函数参数t实例化为string&&，会折叠为string&。

因此，这个调用实例化move<string&>，即

string&& move(string &t)

这正是我们所寻求的——我们希望将一个右值引用绑定到一个左值。

这个实例的函数体返回static cast<string&&>(t)。在此情况下，t的类型为string&，cast将其转换为string&&。

从一个左值static_cast到一个右值引用是允许的

通常情况下，static_cast只能用于其他合法的类型转换。

但是，这里又有一条针对右值引用的特许规则：虽然不能隐式地将一个左值转换为右值引用，但我们可以用static cast显式地将一个左值转换为一个右值引用。

对于操作右值引用的代码来说，将一个右值引用绑定到一个左值的特性允许它们截断左值。

实际上，在某些情况下，确实可以使用static_cast来将左值转换为右值引用，尽管这种做法并不常见，并且在实践中很少这样做，因为它会改变原有对象的值类别。

在C++中，static_cast通常不用来直接将左值转换为右值引用，因为这种转换在语义上可能不太明确。然而，如果你确实需要这样做，并且了解这样做的后果，你可以使用static_cast来显式地进行转换。

以下是一个例子，展示了如何使用static_cast将一个左值转换为对应的右值引用：

#include <iostream>  void foo(int&& x) {  std::cout << "Called with rvalue reference to int: " << x << std::endl;  
}  int main() {  int lvalue = 42; // 这是一个左值  foo(static_cast<int&&>(lvalue)); // 使用static_cast将左值强制转换为右值引用  return 0;  
}

这段代码将左值lvalue通过static_cast转换为右值引用，并传递给函数foo。尽管这是合法的，但通常不推荐这样做，因为它可能违反了右值引用的初衷，即处理临时对象或不再需要的资源。

需要注意的是，将左值强制转换为右值引用可能会导致未定义行为，特别是如果转换后的右值引用被用于移动语义，而原左值在之后仍被使用。这是因为移动操作通常会改变对象的内部状态，使得对象处于有效但未定义的状态。

因此，尽管技术上可以这样做，但实践中应该避免无必要地将左值转换为右值引用，除非在特定的上下文中，你完全理解这样做的后果，并且确信这是正确的处理方式。在大多数情况下，使用std::move是更安全、更明确的选择，因为它清楚地表明了对象的值将被“移动”而不是“复制”或“引用”。

某些函数需要将其一个或多个实参连同类型不变地转发给其他函数。

在此情况下，我们需要保持被转发实参的所有性质，包括实参类型是否是const的以及实参是左值还是右值。

作为一个例子，我们将编写一个函数，它接受一个可调用表达式和两个额外实参。

我们的函数将调用给定的可调用对象，将两个额外参数逆序传递给它。

下面是我们的翻转函数的初步模样：

//接受一个可调用对象和另外两个参数的模板
//对“翻转”的参数调用给定的可调用对象
// flip1是一个不完整的实现：顶层const和引用丢失了
template <typename F, typename T1, typename T2>
void flip(F f, T1 t1, T2 t2)
{f(t2，t1);
}

这个函数一般情况下工作得很好，但当我们希望用它调用一个接受引用参数的函数时就会出现问题：

void f(int v1, int& v2) //注意v2是一个引用
{cout << v1 << " " << ++v2 << endl;}

在这段代码中， f改变了绑定到v2的实参的值。

但是，如果我们通过flip调用f，f所做的改变就不会影响实参

template <typename F, typename T1, typename T2>
void flip(F f, T1 t1, T2 t2)
{f(t2,t1);
}
void f(int v1, int& v2) //注意v2是一个引用
{cout << v1 << " " << ++v2 << endl;}int i = 8;int j = 0;f(42, i);//f改变了实参iflip(f, j, 42);//调用filp不会改变jcout << j << endl;

问题在于j被传递给flip的参数t1。此参数是一个普通的、非引用的类型int，而非int&
因此，这个flip调用会实例化为

void flip1(void(*fcn)(int,int),int t1,int t2);

j的值被拷贝到t1中。f中的引用参数被绑定到t1，而非j，从而其改变不会影响j

定义能保持类型信息的函数参数

为了通过翻转函数传递一个引用，我们需要重写函数，使其参数能保持给定实参的“左造性”。

更进一步，可以想到我们也希望保持参数的const属性。

通过将一个函数参数定义为一个指向模板类型参数的右值引用，我们可以保持其对应实参的所有类型信息。

而使用引用参数(无论是左值还是右值)使得我们可以保持const属性，因为在引用类型中的const是底层的。

如果我们将函数参数定义为T1&&和T2&&，通过引用折叠就可以保持翻转实参的左值/右值属性

template<typename F,typename Tl, typename T2>
void flip2(F f, Tl&& tl, T2&& t2)
{f(t2，t1);
}

与较早的版本一样，如果我们调用flip2(f，j，42)，将传递给参数t1一个左值j。

但是，在flip2中，推断出的T1的类型为int&，这意味着t1的类型会折叠为int&。

由于是引用类型，t1被绑定到j上。当flip2调用f时，f中的引用参数v2被绑定到t1，也就是被绑定到1。当f递增v2时，它也同时改变了j的值。

如果一个函数参数是指向模板类型参数的右值引用(如T&&)，它对应的实参的const属性和左值/右值属性将得到保持。

这个版本的flip2解决了一半问题。它对于接受一个左值引用的函数工作得很好，但不能用于接受右值引用参数的函数。

例如：

void g(int&& i, int& j)
{cout << i << "" << j << endl;
}

如果我们试图通过flip2调用g，则参数t2将被传递给g的右值引用参数。即使我们传递一个右值给flip2：

flip2(g,i,42);// 错误；不能从一个左值实例化 int&&

传递给g的将是flip2中名为t2的参数。函数参数与其他任何变量一样，都是左值表达式。

因此，flip2中对g的调用将传递给g的右值引用参数一个左值。

在调用中使用std::forward保持类型信息

我们可以使用一个名为forward的新标准库设施来传递flip2的参数，它能保持原始实参的类型。

类似于move，forward定义在头文件utility中。

与move不同，forward必须通过显式模板实参来调用。

forward 返回该显式实参类型的右值引用。即，forward<T>的返回类型是T&&

通常情况下，我们使用forward传递那些定义为模板类型参数的右值引用的函数参数。

通过其返回类型上的引用折叠，forward可以保持给定实参的左值/右值属性

template <typename Type> 
intermediary(Type &&arg)
{
//。。。finalFcn (std::forward<Type>(arg));
{
}

本例中我们使用Type作为forward的显式模板实参类型，它是从arg推断出来的。

由于arg是一个模板类型参数的右值引用，Type将表示传递给arg的实参的所有类型信息。

如果实参是一个右值，则Type是一个普通(非引用)类型，forward<Type>将返回Type&&。

如果实参是一个左值，则通过引用折叠，Type本身是一个左值引用类型。

在此情况下，返回类型是一个指向左值引用类型的右值引用。再次对 forward<Type>的返回类型进行引用折叠，将返回一个左值引用类型。

当用于一个指向模板参数类型的右值引用函数参数(T&a)时，forward会保持实参类型的所有细节。

使用forward，我们可以再次重写翻转函数：

template <typename F, typename Tl, typename T2>
void flip(F f, Tl &&t1, T2 &&t2)
{
f(std::forward<T2>(t2),std::forward<T1>(t1));
}

如果我们调用flip(g， i，42)，i将以int&类型传递给g，42将以int&&类型传递给g。

与std::move相同，对std::forward不使用using声明是一个好主意。