左值右值的一點總結

再次來寫左值右值相關的東西個人心裏是十分惴惴不安的，一來這些相關的概念十分很差理解，二來網上相關的文章實在太多了，多少人一看這類題目便大搖其頭，三來也怕說不清反而誤導了別人，反覆糾纏這些彷佛無關大雅的語言細節實在也有成爲 language lawyer 之嫌。但我仍是決定再總結一次，由於這是我一直以來學習新東西的一種方式，只有把學到的東西真正寫清楚說明白了纔是真的理解了，再者也但願本身的經驗總結能幫助到有一樣困惑的人。

左值右值

咱們一直說左值右值，從 c++ 的術語角度來看，這其實並不十分準確，確切地說應該是左值表達式，右值表達式：表達式是有值的，值是有類型的，值是動態的，類型是靜態的，這是基本的概念。而咱們說的左值右值，是對值的一種分類，這兩個稱呼也是從 c 時代遺傳下來的：左值是指能出如今等號左邊的值，右值是指只能出如今等號右邊的值。簡單來講，左值就是咱們平時定義的變量，右值就是一些臨時變量。但到了 c++11，這個分類被細化擴充了，以下所示[N3690,3.10.1]:

所以：

一個表達式要麼是一個 glvalue(generalized lvalue)，要麼是一個 rvalue；一個 glvalue 要麼是一個 lvalue，要麼是一個 xvalue(expiring value)；一個 rvalue 要麼是一個 xvalue，要麼是一個 prvalue (pure rvalue)。

乍一看好像狀況變得好複雜，其實不是，圖中所說 lvalue 與 c 時代的 lvalue 幾乎表達一個意思(不妨稱爲純左值)，prvalue 與 c 時代的 rvalue 也幾乎表達一個意思，所謂純右值 (pure rvalue)，只是多了一個 xvalue，一個介於純左傳與純右值之間的奇怪物種。本質上來講，xvalue 是 c 時代的 lvalue，它不是中間變量臨時變量之類的沒有名字的純右值，之因此再創造出這樣一個新的值類型是由於有些時候，咱們但願可以將一個純左值當成臨時變量(純右值)同樣來使用，這種被當成純右值來使用的左值就是 xvalue，提及來很繞，本質上 xvalue 就是一些從程序邏輯上看要 "過期" 的變量(expiring value)，它的名字也正是取義自這裏。

xvalue 只能經過兩種方式來得到，這兩種方式都涉及到將一個左值賦給（轉化爲）一個右值引用[N3690,3.10.1]：

1. 強制類型轉化爲右值引用，如 static_cast<T&&>(t); 該表達式獲得一個 xvalue。
2. 返回類型爲右值引用的函數調用，如, T&& fun() { return t; };， 則調用 fun() 時， 返回一個 xvalue。

對於第 2 點，有一個與之相似的寫法值得你們注意：若是一個函數的返回類型是左值引用，那麼調用這個函數獲得的返回值將是一個 lvalue[N3690,3.10.1]，之因此特別地說這個事，是由於若是一個函數的返回值不是引用類型，那調用這個函數獲得的結果將是一個臨時變量，是個右值，並且是純右值(prvalue)，嗯，不要搞昏了。

值與引用

這是另外兩個容易混爲一談的概念，引用在 c++ 裏是一個很特別的東西，就個人理解，確切地說引用應是一種類型，和 int, float 等相似，好比說 T& t = v;, 則 t 是一個變量，它的類型是引用，指向一個左值，所以也稱爲左值引用，因此 t 自己是一個左值，類型是一個左值引用。與此相對應，咱們也有右值引用: T&& t2 = fun();，一樣的 t2 是一個左值，但它的類型是右值引用。因此，咱們平時說的"引用"確切來講應該稱做"引用變量"才準確，與"整型變量","字符變量"相對(N3690, 8.5.3.1)。固然引用變量這個說法比較牽強(甚至有些政治不正確)，畢竟它和通常變量相比實在太不類似了，好比它通常不佔內存，好比對它取地址，獲得的不是變量自己的地址，好比定義時必須初始化，且不能再次被賦值等等特殊之處，怎麼看都是異類。不少人傾向於把引用與指針並論來理解，它們其實也不大同樣，雖然實現上基本能夠認爲引用是一個由編譯器自動幫你解引用(deference)的指針。

須要注意的是，左值引用變量只能用左值(lvalue)來初始化，右值引用變量只能用右值(xvalue 及 prvalue)來初始化，惟一的例外是 const 類型的左值引用，它也能用右值來初始化。值得注意的是，引用對臨時變量的生命週期是有影響的，如前面所說，臨時變量是右值，當一個臨時變量被一個引用(const 左值引用或右值引用)指向時，它的生命週期會被延長[N3690,12.2.5]。

關於右值引用，還有一個很容易讓人迷惑的語義須要說一說，寫法上定義一個右值引用變量的語法如右所示:some_type&& rv_ref = some_rvalue;，但這裏要求 somt_type 必須是一個具體的完整的類型，而不能是模板參數，auto，或 decltype 等須要推導的類型，若是 T 是一個須要推導的類型，則 T&& u_t_ref 稱爲 universal reference 或 forwarding reference，根據 reference collapsing 原則及右值引用推導原則，u_t_ref 最後既多是左值引用也多是右值引用，具體能夠參看這裏。

move 與 forward

接下來是不少人特別關心的 std::move() 與 std::forward()，對這倆偏偏想總結的卻很少，總的來講，以個人淺見，std::move() 的主要做用是將一個左值轉爲 xvalue, 它的實現，本質上就是一個 static_cast<>。而 std::forward() 則是用來配合 forwarding reference 實現完美轉發，它主要的做用是將一個類型爲引用(左值引用或右值引用)的左值，轉化爲它的類型所對應的值類型，這個說法實在是太沒法理解太不知所云了哈哈，因此我放棄用本身的話來解釋了，請參看 cppreference 上的例子。

move 語義

move 語義是一個你們必定要注意，接受，掌握，並理解好的東西。過去使用 c++ 98/03 咱們常說 rule of three，便是：若是一個類定義了析構函數，拷貝構造函數，賦值構造函數之一，那麼這三個函數都應該要明肯定義，目的是爲了確保該類的拷貝語義被正確地處理。

到了 c++11，這個 rule of three 得改爲 rule of five。咱們知道，一個類若是定義了拷貝構造函數和賦值構造函數，則咱們稱它爲 copyable 的類。同理，若是一個類定義了 move constructor 和 move assignment operator，那麼咱們稱它爲 movable 的類。從使用上來講，右值引用是一個很 tricky 的東西，它的正確使用場合應該只有兩個：一個是爲自定義類型實現 move 語義，一個是配合 forwarding reference 來實現完美轉發。當你考慮寫一個以右值引用做爲參數類型的通常函數時，每每這是錯誤的開始，正確的做法是爲相應的類型定義 move 語義，具備 move 語義的類型在做爲參數傳遞時，要麼直接傳值(sink parameter)，要麼傳 const 左值引用(read only)，根本不須要右值引用這種 tricky 的東西。

所以，可以在適當時候爲自定義類型實現 move 語義是一個基本素質，就正如之前處理 copy 語義同樣(會不會將一個類繼承自 boost::noncopyable 也是基本素質)。STL 中全部的容器算法都妥善定義了對適用類型 move 語義的要求，如只適用於 copyable，或只適用於 movable 等，容器自己更都是 movable 的。通常來講，move 是一個更輕量的操做，對容器其實更友好（內部 copy 能夠改成 move，效率更高)，好比 vector<>，之前要求其所保存類型必須 copyable，如今 c++11 之後，只 movable(且 noexcept)的類型也被容許了(固然此時用戶就不能調用那些須要 copy 的操做了)。因此，明肯定義好自定義類型的 move 語義，意義是很大的。