我一直在研究C ++ 11的一些新功能,而我注意到的一个是在声明变量(如)时使用了双“&”号T&& var
。
首先,这只野兽叫什么?我希望Google允许我们搜索这样的标点符号。
这到底是什么意思?
乍一看,它似乎是一个双重引用(如C样式的双指针T** var
),但是我很难考虑到这种情况的用例。
:)
我一直在研究C ++ 11的一些新功能,而我注意到的一个是在声明变量(如)时使用了双“&”号T&& var
。
首先,这只野兽叫什么?我希望Google允许我们搜索这样的标点符号。
这到底是什么意思?
乍一看,它似乎是一个双重引用(如C样式的双指针T** var
),但是我很难考虑到这种情况的用例。
:)
Answers:
它声明一个右值参考(标准建议文档)。
这是右值引用的简介。
这是Microsoft标准库开发人员之一对rvalue引用进行的精彩深入研究。
注意: MSDN上的链接文章(“ Rvalue引用:VC10中的C ++ 0x功能,第2部分”)是对Rvalue引用的非常清晰的介绍,但是对有关Rvalue引用的声明在C ++ 11草案中曾经是正确的。标准,但对于最后一个不是正确的!具体来说,它说在各个点上右值引用可以绑定到左值,这曾经是真实的,但是已经被更改。(例如int x; int && rrx = x;不再在GCC中编译)– drewbarbs 2014年7月13日在16:12
C ++ 03引用(在C ++ 11中现在称为左值引用)之间的最大区别在于,它可以像临时元素一样绑定到右值,而不必使用const。因此,此语法现在合法:
T&& r = T();
右值引用主要提供以下内容:
移动语义。现在可以定义一个带有左值引用而不是通常的const-左值引用的move构造函数和move赋值运算符。移动的功能类似于副本,只是它没有义务保持源不变。实际上,它通常会修改源,使其不再拥有已移动的资源。这对于消除无关的副本非常有用,尤其是在标准库实现中。
例如,复制构造函数可能如下所示:
foo(foo const& other)
{
this->length = other.length;
this->ptr = new int[other.length];
copy(other.ptr, other.ptr + other.length, this->ptr);
}
如果将此构造函数传递给临时对象,则不需要复制该副本,因为我们知道该临时对象将被销毁。为什么不利用已分配的临时资源?在C ++ 03中,由于无法确定是否已通过临时复制,因此无法阻止复制。在C ++ 11中,我们可以重载move构造函数:
foo(foo&& other)
{
this->length = other.length;
this->ptr = other.ptr;
other.length = 0;
other.ptr = nullptr;
}
注意这里的最大区别:move构造函数实际上是修改其参数。这将有效地将临时文件“移动”到正在构造的对象中,从而消除了不必要的复制。
move构造函数将用于临时函数和非const左值引用,这些引用已使用std::move
函数显式转换为右值引用(它只是执行转换)。以下代码都为f1
和调用move构造函数f2
:
foo f1((foo())); // Move a temporary into f1; temporary becomes "empty"
foo f2 = std::move(f1); // Move f1 into f2; f1 is now "empty"
完美的转发。右值引用使我们能够正确转发模板函数的参数。以这个工厂功能为例:
template <typename T, typename A1>
std::unique_ptr<T> factory(A1& a1)
{
return std::unique_ptr<T>(new T(a1));
}
如果我们调用了该方法factory<foo>(5)
,则该参数将被推导为int&
,即使foo
的构造函数采用,也不会绑定到文字5 int
。好吧,我们可以改用A1 const&
,但是如果foo
通过非const引用接受构造函数参数呢?为了使一个真正通用的工厂函数,我们就必须对超载工厂A1&
和A1 const&
。如果factory采用1个参数类型,则可能会很好,但是每个其他参数类型都会将必需的重载设置乘以2。这很快就无法维护。
右值引用通过允许标准库定义std::forward
可以正确转发左值/右值引用的函数来解决此问题。有关std::forward
工作原理的更多信息,请参见此出色的答案。
这使我们能够定义工厂功能,如下所示:
template <typename T, typename A1>
std::unique_ptr<T> factory(A1&& a1)
{
return std::unique_ptr<T>(new T(std::forward<A1>(a1)));
}
现在,当传递给T
的构造函数时,参数的rvalue / lvalue-ness得以保留。这意味着,如果使用右值调用factory,则使用右值T
调用的构造函数。如果使用左值调用factory,则使用左值调用T
的构造函数。改进的工厂功能之所以有效,是因为以下一条特殊规则:
当函数参数类型的形式为
T&&
whereT
是模板参数,并且函数参数为type的左值时A
,该类型A&
用于模板参数推导。
因此,我们可以像这样使用工厂:
auto p1 = factory<foo>(foo()); // calls foo(foo&&)
auto p2 = factory<foo>(*p1); // calls foo(foo const&)
重要的右值参考属性:
float f = 0f; int&& i = f;
格式正确,因为float可以隐式转换为int;该引用将是转换后的临时结果。std::move
情况下必须进行调用非常重要:foo&& r = foo(); foo f = std::move(r);
Named rvalue references are lvalues. Unnamed rvalue references are rvalues.
;在不知道这一点的情况下,我一直在努力理解为什么人们T &&t; std::move(t);
长时间在移动控制器中这样做,等等。
int x; int &&rrx = x;
不再在GCC中进行编译)
typename identity<T>::type& a
等效于T&
吗?
它表示右值参考。右值引用将仅绑定到临时对象,除非以其他方式明确生成。它们用于使对象在某些情况下更加高效,并提供一种称为“完美转发”的功能,该功能可以大大简化模板代码。
在C ++ 03中,您无法区分非可变左值和右值的副本。
std::string s;
std::string another(s); // calls std::string(const std::string&);
std::string more(std::string(s)); // calls std::string(const std::string&);
在C ++ 0x中,情况并非如此。
std::string s;
std::string another(s); // calls std::string(const std::string&);
std::string more(std::string(s)); // calls std::string(std::string&&);
考虑这些构造函数背后的实现。在第一种情况下,字符串必须执行复制以保留值语义,这涉及新的堆分配。但是,在第二种情况下,我们预先知道传递给我们的构造函数的对象将立即被销毁,并且不必保持原样。在这种情况下,我们可以有效地交换内部指针而根本不执行任何复制,这实际上要更有效率。移动语义可以使任何昂贵或禁止复制内部引用资源的类受益。考虑以下情况std::unique_ptr
-现在我们的类可以区分临时对象和非临时对象,我们可以使move语义正确工作,以便unique_ptr
不能复制而可以将其移动,这意味着std::unique_ptr
可以合法地存储在Standard容器中,进行排序等,而C ++ 03可以 std::auto_ptr
不能。
现在,我们考虑右值引用的另一种用法-完美转发。考虑将引用绑定到引用的问题。
std::string s;
std::string& ref = s;
(std::string&)& anotherref = ref; // usually expressed via template
记不清C ++ 03所说的内容,但是在C ++ 0x中,处理右值引用时的结果类型至关重要。对类型T的右值引用(其中T是引用类型)成为类型T的引用。
(std::string&)&& ref // ref is std::string&
(const std::string&)&& ref // ref is const std::string&
(std::string&&)&& ref // ref is std::string&&
(const std::string&&)&& ref // ref is const std::string&&
考虑最简单的模板功能-最小和最大。在C ++ 03中,您必须手动重载const和非const的所有四个组合。在C ++ 0x中,这只是一个重载。结合可变参数模板,可以实现完美的转发。
template<typename A, typename B> auto min(A&& aref, B&& bref) {
// for example, if you pass a const std::string& as first argument,
// then A becomes const std::string& and by extension, aref becomes
// const std::string&, completely maintaining it's type information.
if (std::forward<A>(aref) < std::forward<B>(bref))
return std::forward<A>(aref);
else
return std::forward<B>(bref);
}
我省去了返回类型推导,因为我不记得它是如何完成的,但是该min可以接受左值,右值,常量左值的任意组合。
std::forward<A>(aref) < std::forward<B>(bref)
?我认为当您尝试int&
和尝试时这个定义是正确的float&
。最好删除一种类型表单模板。
右值引用是一种行为,其行为与普通引用X&相似,但有一些例外。最重要的是,对于函数重载解析,左值更喜欢旧式左值引用,而右值更喜欢新的右值引用:
void foo(X& x); // lvalue reference overload
void foo(X&& x); // rvalue reference overload
X x;
X foobar();
foo(x); // argument is lvalue: calls foo(X&)
foo(foobar()); // argument is rvalue: calls foo(X&&)
那么什么是右值?任何不是左值的东西。左值是表示存储位置的表达式,它允许我们通过&运算符获取该存储位置的地址。
首先通过一个示例来了解右值可以完成的工作:
#include <cstring>
class Sample {
int *ptr; // large block of memory
int size;
public:
Sample(int sz=0) : ptr{sz != 0 ? new int[sz] : nullptr}, size{sz}
{
if (ptr != nullptr) memset(ptr, 0, sz);
}
// copy constructor that takes lvalue
Sample(const Sample& s) : ptr{s.size != 0 ? new int[s.size] :\
nullptr}, size{s.size}
{
if (ptr != nullptr) memcpy(ptr, s.ptr, s.size);
std::cout << "copy constructor called on lvalue\n";
}
// move constructor that take rvalue
Sample(Sample&& s)
{ // steal s's resources
ptr = s.ptr;
size = s.size;
s.ptr = nullptr; // destructive write
s.size = 0;
cout << "Move constructor called on rvalue." << std::endl;
}
// normal copy assignment operator taking lvalue
Sample& operator=(const Sample& s)
{
if(this != &s) {
delete [] ptr; // free current pointer
size = s.size;
if (size != 0) {
ptr = new int[s.size];
memcpy(ptr, s.ptr, s.size);
} else
ptr = nullptr;
}
cout << "Copy Assignment called on lvalue." << std::endl;
return *this;
}
// overloaded move assignment operator taking rvalue
Sample& operator=(Sample&& lhs)
{
if(this != &s) {
delete [] ptr; //don't let ptr be orphaned
ptr = lhs.ptr; //but now "steal" lhs, don't clone it.
size = lhs.size;
lhs.ptr = nullptr; // lhs's new "stolen" state
lhs.size = 0;
}
cout << "Move Assignment called on rvalue" << std::endl;
return *this;
}
//...snip
};
构造函数和赋值运算符已被带有右值引用的版本重载。右值引用允许函数在编译时(通过重载解析)在条件“是否在左值或右值上调用我?”时分支。这使我们能够在上面创建更有效的构造函数和赋值运算符,从而移动资源而不是复制资源。
编译器在编译时自动分支(取决于是为左值还是右值调用它),选择是否应调用move构造函数或move赋值运算符。
总结:右值引用允许移动语义(以及完美的转发,在下面的文章链接中讨论)。
一个容易理解的实用示例是类模板std :: unique_ptr。由于unique_ptr维护其基础原始指针的专有所有权,因此无法复制unique_ptr。这将违反其专有权的不变性。因此,它们没有副本构造函数。但是他们确实有移动构造函数:
template<class T> class unique_ptr {
//...snip
unique_ptr(unique_ptr&& __u) noexcept; // move constructor
};
std::unique_ptr<int[] pt1{new int[10]};
std::unique_ptr<int[]> ptr2{ptr1};// compile error: no copy ctor.
// So we must first cast ptr1 to an rvalue
std::unique_ptr<int[]> ptr2{std::move(ptr1)};
std::unique_ptr<int[]> TakeOwnershipAndAlter(std::unique_ptr<int[]> param,\
int size)
{
for (auto i = 0; i < size; ++i) {
param[i] += 10;
}
return param; // implicitly calls unique_ptr(unique_ptr&&)
}
// Now use function
unique_ptr<int[]> ptr{new int[10]};
// first cast ptr from lvalue to rvalue
unique_ptr<int[]> new_owner = TakeOwnershipAndAlter(\
static_cast<unique_ptr<int[]>&&>(ptr), 10);
cout << "output:\n";
for(auto i = 0; i< 10; ++i) {
cout << new_owner[i] << ", ";
}
output:
10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10, 10,
static_cast<unique_ptr<int[]>&&>(ptr)
通常使用std :: move完成
// first cast ptr from lvalue to rvalue
unique_ptr<int[]> new_owner = TakeOwnershipAndAlter(std::move(ptr),0);
托马斯·贝克尔(Thomas Becker)的C ++ Rvalue References Explained是一篇出色的文章,其中包括很多很好的例子,对所有这些内容(例如,右值如何实现完美的转发以及这意味着什么)进行了解释。这篇文章主要依靠他的文章。
简短的介绍是Stroutrup等人撰写的“ 右值引用简介”。人
Sample(const Sample& s)
还需要复制内容?对于“副本分配运算符”,存在相同的问题。