C++:move&forward

1.move

在C++11添加了右值引用，并且不能使用左值初始化右值引用，如果想要使用左值初始化一个右值引用需要借助std::move()函数，使用std::move方法可以将左值转换为右值。使用这个函数并不能移动任何东西，而是和移动构造函数一样都具有移动语义，将对象的状态或者所有权从一个对象转移到另一个对象，只是转移，没有内存拷贝。

从实现上讲，std::move基本等同于一个类型转换：static_cast<T&&>(lvalue);，函数原型如下:

template<class _Ty>
_NODISCARD constexpr remove_reference_t<_Ty>&& move(_Ty&& _Arg) _NOEXCEPT
{	// forward _Arg as movable
    return (static_cast<remove_reference_t<_Ty>&&>(_Arg));
}

使用方法如下：

class Test
{
public：
    Test(){}
    ......
}
int main()
{
    Test t;
    Test && v1 = t;          // error
    Test && v2 = move(t);    // ok
    return 0;
}

• 在第4行中，使用左值初始化右值引用，因此语法是错误的。
• 在第5行中，使用move()函数将左值转换为了右值，这样就可以初始化右值引用了。

假设一个临时容器很大，并且需要将这个容器赋值给另一个容器，就可以执行如下操作：

list<string> ls;
ls.push_back("hello");
ls.push_back("world");
......
list<string> ls1 = ls;        // 需要拷贝, 效率低
list<string> ls2 = move(ls);

如果不使用std::move，拷贝的代价很大，性能较低。使用move几乎没有任何代价，只是转换了资源的所有权。如果一个对象内部有较大的堆内存或者动态数组时，使用move()就可以非常方便的进行数据所有权的转移。另外，我们也可以给类编写相应的移动构造函数（T::T(T&& another)）和和具有移动语义的赋值函数（T&& T::operator=(T&& rhs)），在构造对象和赋值的时候尽可能的进行资源的重复利用，因为它们都是接收一个右值引用参数。

2.forward

右值引用类型是独立于值的，一个右值引用作为函数参数的形参时，在函数内部转发该参数给内部其他函数时，它就变成一个左值，并不是原来的类型了。如果需要按照参数原来的类型转发到另一个函数，可以使用C++11提供的std::forward()函数，该函数实现的功能称之为完美转发。

// 函数原型
template <class T> T&& forward (typename remove_reference<T>::type& t) noexcept;
template <class T> T&& forward (typename remove_reference<T>::type&& t) noexcept;

// 精简之后的样子
std::forward<T>(t);

• 当T为左值引用类型时，t将被转换为T类型的左值
• 当T不是左值引用类型时，t将被转换为T类型的右值

下面通过一个例子演示一下关于forward的使用:

#include <iostream>

using namespace std;

template<typename T>
void printValue(T &t) {
    cout << "l-value: " << t << endl;
}

template<typename T>
void printValue(T &&t) {
    cout << "r-value: " << t << endl;
}

template<typename T>
void testForward(T &&v) {
    printValue(v);
    printValue(move(v));
    printValue(forward<T>(v));
    cout << endl;
}

int main() {
    testForward(520);
    //520是右值，推导出未定义引用类型是右值引用T，右值引用传递给printValue会变成左值引用
    //move把左值引用转换为右值
    //forward<T>(v)中，T是右值引用，v会被forward转换为右值引用
    //所以输出为l-value: 520 r-value: 520 r-value: 520

    int num = 1314;
    testForward(num);
    //num为左值，推导出未定义引用类型为左值引用T，传递给printValue还是为左值引用
    //move将左值引用转换成了右值
    //forward<T>(v)中，T是左值引用，v会被forward转换为左值引用
    //所以输出为l-value: 520 r-value: 520 l-value: 520

    testForward(forward<int>(num));
    //forward<T>(t)
    //当T不是左值引用类型时，t将被转换为T类型的右值
    //实现的步骤和testForward(520);的过程一样

    testForward(forward<int &>(num));
    //forward<T>(t)
    //当T为左值引用类型时，t将被转换为T类型的左值
    //实现的步骤和testForward(num);的过程一样

    testForward(forward<int &&>(num));
    //forward<T>(t)
    //当T不是左值引用类型时，t将被转换为T类型的右值
    //实现的步骤和testForward(520);的过程一样

    return 0;
}

结果如下：

l-value: 520
r-value: 520
r-value: 520

l-value: 1314
r-value: 1314
l-value: 1314

l-value: 1314
r-value: 1314
r-value: 1314

l-value: 1314
r-value: 1314
l-value: 1314

l-value: 1314
r-value: 1314
r-value: 1314

• testForward(520);函数的形参为未定引用类型T&&，实参为右值，初始化后被推导为一个右值引用
• printValue(v);已命名的右值v，编译器会视为左值处理，实参为左值
• printValue(move(v));已命名的右值编译器会视为左值处理，通过move又将其转换为右值，实参为右值
• printValue(forward<T>(v));forward的模板参数为右值引用，最终得到一个右值，实参为右值
• testForward(num);函数的形参为未定引用类型T&&，实参为左值，初始化后被推导为一个左值引用
• printValue(v);实参为左值
• printValue(move(v));通过move将左值转换为右值，实参为右值
• printValue(forward<T>(v));forward的模板参数为左值引用，最终得到一个左值引用，实参为左值
• testForward(forward<int>(num));forward的模板类型为int，最终会得到一个右值，函数的形参为未定引用类型T&&被右值初始化后得到一个右值引用类型
• printValue(v);已命名的右值v，编译器会视为左值处理，实参为左值
• printValue(move(v));已命名的右值编译器会视为左值处理，通过move又将其转换为右值，实参为右值
• printValue(forward<T>(v));forward的模板参数为右值引用，最终得到一个右值，实参为右值
• testForward(forward<int&>(num));forward的模板类型为int&，最终会得到一个左值，函数的形参为未定引用类型T&&被左值初始化后得到一个左值引用类型
• printValue(v);实参为左值
• printValue(move(v));通过move将左值转换为右值，实参为右值
• printValue(forward<T>(v));forward的模板参数为左值引用，最终得到一个左值，实参为左值
• testForward(forward<int&&>(num));forward的模板类型为int&&，最终会得到一个右值，函数的形参为未定引用类型T&&被右值初始化后得到一个右值引用类型
• printValue(v);已命名的右值v，编译器会视为左值处理，实参为左值
• printValue(move(v));已命名的右值编译器会视为左值处理，通过move又将其转换为右值，实参为右值
• printValue(forward<T>(v));forward的模板参数为右值引用，最终得到一个右值，实参为右值