cannot convert ‘a’ (type ‘int’) to type ‘int&&’

背景

啓用C++11編譯老代碼的時候，g++報錯。示例代碼以下：

#include <utility>

int main() {
  int a = 0;
  auto b = std::make_pair<int, int>(a, 1);

  return 0;
}

出錯信息：

test.cpp: In function ‘int main()’:
test.cpp:5:41: error: no matching function for call to ‘make_pair(int&, int)’
   auto b = std::make_pair<int, int>(a, 1);
                                         ^
test.cpp:5:41: note: candidate is:
In file included from /usr/include/c++/4.8/utility:70:0,
                 from test.cpp:1:
/usr/include/c++/4.8/bits/stl_pair.h:276:5: note: template<class _T1, class _T2> constexpr std::pair<typename std::__decay_and_strip<_Tp>::__type, typename std::__decay_and_strip<_T2>::__type> std::make_pair(_T1&&, _T2&&)
     make_pair(_T1&& __x, _T2&& __y)
     ^
/usr/include/c++/4.8/bits/stl_pair.h:276:5: note:   template argument deduction/substitution failed:
test.cpp:5:41: note:   cannot convert ‘a’ (type ‘int’) to type ‘int&&’
   auto b = std::make_pair<int, int>(a, 1);
                                         ^

爲什麼啓用C++11後編譯出錯了？

從出錯信息裏已經能夠看到C++11版本std::make_pair的原型爲：

template<class _T1, class _T2>
std::make_pair(_T1&&, _T2&&);

因爲代碼裏直接指定了類型，因而std::make_pair實例化爲：

std::make_pair(int&&, int&&);

即std::make_pair接受兩個int類型的右值，因爲變量a不是右值，因而報錯。就好比下面這條語句不能編譯經過同樣：

int &&b = a; // error: cannot bind ‘int’ lvalue to ‘int&&’

事實上，示例代碼裏並非std::make_pair的正確用法，正確的用法是無需指定類型，讓編譯器自動推導，即：

auto b = std::make_pair(a, 1);

那爲何這樣就能編譯經過呢？

右值引用的兩個規則

模板參數的推導規則

若模板函數的參數類型爲右值引用，如：

template<typename T>
void foo(T&&);

那麼T的推導規則爲：當‍‍foo‍‍的實參是A類型的左值時，‍‍T‍‍的類型是‍‍A&‍‍；當‍‍foo‍‍的是實參是‍‍A‍‍類型的右值時，‍‍T‍‍的類型是‍‍A‍‍。

引用摺疊規則

根據上一條規則，當‍‍foo‍‍的實參爲‍‍A‍‍類型的左值時，‍‍foo‍‍將變成：

void foo(A& &&);

出現了引用的引用。在C++裏，引用的引用是不存在的。爲了解決這個問題，C++11引入了引用摺疊規則，對於因爲類型推導而出現的引用的引用，根據如下規則摺疊：

A& &   => A&
A& &&  => A&
A&& &  => A&
A&& && => A&&

因此當‍‍foo‍‍的實參爲‍‍A‍‍類型的左值時，‍‍foo‍‍事實上會變成：

void foo(A&);

而對於‍‍std::make_pair‍‍的例子，當不顯式指定類型時，根據以上兩個規則，‍‍std::make_pair‍‍將被實例化成：

std::make_pair(int&, int);

和實參類型匹配，因而編譯經過。

右值引用看似簡單，實際上是有不少點須要特別注意的。Scott Meyers都認爲這是C++11裏面最重要的特性，而且容易搞混。

參考文章

C++ Rvalue References Explained, by Thomas Becker[這篇文章的譯文在這裏]

Universal References in C++11, by Scott Meyers

A Brief Introduction to Rvalue References, by Howard E. Hinnant, Bjarne Stroustrup, and Bronek Kozicki