前言
如果你还不知道C++11引入的右值、移动语义、完美转发是什么，可以阅读这篇文章；如果你已经对这些知识了如指掌，也可以看看有什么可以补充~😏
一、右值
值类别vs变量类型
在正式认识右值之前，我们要先区分值的类别和变量类型：
- 值 (value) 和 变量 (variable) 是两个独立的概念。值不一定拥有变量名（如表达式：i + j + k）。
- 值只有类别（category） 之分，而变量只有类型（type）之分。
值类别可以被划分左值和右值。
那什么是左值和右值呢？左值是能被取地址、不能被移动的值。右值是表达式中间结果/函数返回值（可能拥有变量名，也可能没有）。
有一个可以区分左值和右值的便捷方法：看能不能对表达式取地址，如果能，则为左值，否则为右值。
C++11扩展了右值的概念，将右值分为了纯右值和将亡值，但本文不作讨论。
如下的示例将帮助我们区分左值和右值：
int i = 3;
int j = i+8;
char a = getCh();
左值引用、右值引用、常引用
在以前的文章中，我们曾经讨论过左值引用和常引用的区别。在本篇文章中，我们需要进一步系统的了解它们三者之间的关系。
引用类型 可以分为两种：
- 左值引用：用
&符号引用左值（但不能引用右值）， - 右值引用：用
&&符号引用右值（可以移动左值）。
在C++11中，因为增加了右值引用(rvalue reference)的概念，所以C++98中的引用都称为了左值引用(lvalue reference)。
使用方法如下所示：
int&& a = 3;
int b = 8;
int& bb = b;
int&& c = b + 5;
AA&& aa = getTemp();
左值引用十分常见，我们知道是给变量取个别名，但是引入右值引用的意义是什么呢？（将在下文中解答）
在上述的代码中，getTemp()的返回值本来在表达式语句结束后，其生命也就该终结了（因为是临时变量），而通过右值引用重获了新生，其生命周期将与右值引用类型变量aa的生命周期一样，只要aa还活着，该右值临时变量将会一直存活下去。
在下面的代码中将帮助我们区分左值引用和右值引用：
void func(T& a);
void func(T&& a);
T var;
T& rvar1 = var;
T& rvar1 = T{};
T&& rvar2 = T{};
T&& rvar2 = var;
T&& rvar2 = std::move(var);
func(var);
func(T{});
func(rvar1);
func(rvar2);
可以看出：
- 当左值引用变量
rvar1在初始化时，不能绑定右值T{}， - 当右值引用变量
rvar2在初始化时，不能绑定左值var，但是可以通过std::move()将左值转为右值引用。 - 在代码的最后，右值引用变量
rvar2作为实参传入func中时，在作用域内是左值（已命名的右值引用是左值）。
另外，C++还支持了常引用，能够同时接受左值和右值（作为常引用）。
void func(const T& a);
常引用和右值引用 都能接受右值的绑定，有什么区别呢？
- 常引用可以像右值引用一样将右值的生命期延长，但它有一个缺点是，只能读不能改。
现在回到我们的问题：引入右值引用的意义是什么？
如果函数重载能够同时接受：右值引用/常引用参数，则编译器将优先重载：右值引用参数，即引入右值引用的主要目的是实现移动语义。
下面是不同值作为实参传入形参时，函数重载优先级（数字越小优先级越高）：
| 实参/形参 | T& | const T& | T&& | const T&& |
|---|
| 左值 | 1 | 2 | | |
| 常左值 | | 1 | | |
| 右值 | | 3 | 1 | 2 |
| 常右值 | | 2 | | 1 |
引用折叠
在正式学习移动语义(move semantic) 和完美转发std::forward() 之前，我们还要提一嘴引用折叠（reference collapsing），它是移动语义和完美转发的实现基础。
using Lref = Data&;
using Rref = Data&&;
Data data;
Lref& r1 = data;
Lref&& r2 = data;
Rref& r3 = data;
Rref&& r4 = Data{};
总之，只有右值引用折叠到右值引用上仍然是一个右值引用，而其他所有的引用类型之间的折叠都将变成左值引用。
二、移动语义
为什么需要移动语义
我们知道，如果一个对象中有堆区资源，需要编写拷贝构造函数和赋值函数，实现深拷贝。如果被拷贝的对象是临时的，拷贝完就没什么用了，这样会造成没有意义的资源申请和释放操作。如果能将对象包含的资源，直接从旧对象移动到新对象，就可以节省资源申请和释放的时间。C++11新增加的移动语义(move semantic) 就是为了做到这一点（基本类型不包含资源，其移动和拷贝相同。）。
还有另一种情况：如果资源对象本身不可拷贝（如智能指针std::unique_ptr）需要定义移动构造/移动赋值函数，其原理类似。
实现移动语义要增加两个函数：移动构造函数和移动赋值函数。我们通过实现一个简单的string类对象来说明：
class String
{
public:
String()
{
cout << "String类" << this << "的构造函数" << endl;
const char* s = "Hello C++";
int len = strlen(s);
_str = new char[len + 1];
strcpy(_str, s);
}
String(const String& another)
{
cout << "String类" << this << "的拷贝构造" << endl;
int len = strlen(another._str);
_str = new char[len + 1];
strcpy(_str, another._str);
}
String& operator=(String& another)
{
cout << "String类" << this << "的拷贝赋值" << endl;
if (this == &another)
return *this;
int len = strlen(another._str);
_str = new char[len + 1];
strcpy(_str, another._str);
return *this;
}
String(String&& another)noexcept
{
cout << "String类" << this << "的移动构造" << endl;
if(_str != nullptr)
delete[] _str;
this->_str = another._str;
another._str = nullptr;
}
String& operator=(String&& another)
{
cout << "String类" << this << "的移动赋值" << endl;
if (this == &another)
return *this;
if(_str != nullptr)
delete[] _str;
this->_str = another._str;
another._str = nullptr;
return *this;
}
friend ostream& operator<<(ostream& out, String& str)
{
out << str._str;
return out;
}
~String()
{
cout << "String类" << this << "的析构函数" << endl;
if(_str != nullptr)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
上述代码中，编译器会根据传入的实参的优先级（详见上文表格），来决定重载的构造函数。
- 当实参是左值时，使用拷贝构造，拷贝源对象所有的元素。
- 当实参是右值时，使用移动构造，将指向源对象的内存空间的指针“移动”到新对象，并将源对象的指针置空。
- 拷贝/移动赋值函数的原理相同，在此不再过多描述。
测试用例及输出的结果：
int main()
{
{
String str1{};
cout << "str1 = " << str1 << endl;
String str2{str1};
cout << "str2 = " << str2 << endl;
auto f = [] {String aa; return aa;};
String str{};
String str3{move(str)};
cout << "str3 = " << str3 << endl;
String str4{};
str4 = f();
cout << "str4 = " << str4 << endl;
}
system("pause");
return 0;
}
尽管C++11引入了移动语义，但是仍有优化的空间——与其调用一次没有意义的移动构造函数，不如让编译器直接跳过这个过程——于是就有了拷贝省略（copy elision）。
移动语义和拷贝省略的区别：
- 移动语义是语言标准提出的概念。是通过编写遵守移动语义的移动构造函数、右值限定成员函数，在逻辑上优化对象内资源的转移流程。
- 拷贝省略是非标准（C++ 17 前）的编译器优化。跳过移动/拷贝构造函数，让编译器直接在移动后的对象内存上，构造被移动的对象。
由于拷贝省略的存在，在上述代码中，String str3 = f();会被编译器优化，为了方便演示移动构造函数，我们使用了std::move()的方法移动返回值，当然这会造成不必要的开销。
三、完美转发
阅读本节需要读者有一定的模板编程基础。
通用引用
C++11中引入了变长模板的概念，允许向模板参数里传入不同类型的不定长引用参数。由于每个类型可能是左值引用或右值引用，针对所有可能的左右值引用组合，特化所有模板 是不现实的。
如果没用通用引用的概念，那么对于一个变长模板函数，至少需要两个重载：
template <typename T, typename ...Args>
void func(T& arg, Args&...args)
{
func(args...);
}
template <typename T, typename ...Args>
void func(T&& arg, Args&&...args)
{
func(std::move(args...));
}
Scott Meyers（Effective Modern C++的作者）指出“有时候符号&& 并不一定代表右值引用，它也可能是左值引用。”
事实上，如果一个引用符号需要通过推导才能得出左右值的类型（如模板参数类型或者auto），那么这个符号就可以是左值引用或右值引用——这就是通用引用 (universal reference)。
完美转发
这一点我们通过上文中的引用折叠的示例也可以得出。
基于通用引用，我们可以对上述的代码进行改进：
template <typename T, typename ...Args>
void func(T&& arg, Args&&...args)
{
func(std::forward<Args>(args)... );
}
其中std::forward实现了针对左右值的参数，能保证被转发参数的左、右值属性不变，即完美转发(perfect forwarding)。
在C++11中，完美转发支持：
- 如果模板中（包括类模板和函数模板）函数的参数书写成为
T&& 参数名，那么，函数既可以接受左值引用，又可以接受右值引用。 - 提供了模板函数
std::forward<T>(参数) ，用于转发参数，如果 参数是一个右值，转发之后仍是右值引用；如果参数是一个左值，转发之后仍是左值引用。
使用示例如下：
void fun1(int& i)
{
cout << "左值 = " << i << endl;
}
void fun1(int&& i)
{
cout << "右值 = " << i << endl;
}
template<class T>
void func(T&& ii)
{
fun1(std::forward<T>(ii));
}
完美转发的语法比较简单，至于其原理本文暂时不深入研究。😝
最后
本文部分参考自文章
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