左值
无论左值引用还是右值引用，都是给对象取别名。
什么是左值？什么是左值引用？
左值是一个表示数据的表达式（如变量名或解引用的指针），我们可以获取它的地址，一般可以对它赋值，左值可以直接出现赋值符号的左边，右值不能出现在赋值符号左边。定义时const修饰符后的左值，不能给他赋值，但是可以取它的地址。左值引用就是给左值的引用，给左值取别名。
左值是一个表示数据的表达式，如变量名或解引用的指针。
- 左值可以被取地址，也可以被修改（const修饰的左值除外）。
- 左值可以出现在赋值符号的左边，也可以出现在赋值符号的右边
左值和右值最大的区别就是能不能取地址
int main() {
// 以下的p, b, c, *p都是左值
int* p = new int(0);
int b = 1;
const int c = 2;
// 以下几个是对上面左值的左值引用
int*& rp = p;
int& rb = b;
const int& rc = c;
int& pvalue = *p;
return 0;
}
右值
右值也是一个表示数据的表达式，如字母常量、表达式的返回值、函数的返回值（不能是左值引用返回）等等。
-
右值不能被取地址，也不能被修改。
-
右值可以出现在赋值符号的右边，但是不能出现在赋值符号的左边。
int main()
{
double x = 1.1, y = 2.2;
//以下几个都是常见的右值
10;
x + y;
fmin(x, y);
//错误示例（右值不能出现在赋值符号的左边）
//10 = 1;
//x + y = 1;
//fmin(x, y) = 1;
return 0;
}
右值本质就是一个临时变量或常量值，比如代码中的10就是常量值，表达式x+y和函数fmin的返回值就是临时变量，这些都叫做右值。
这些临时变量和常量值并没有被实际存储起来，这也就是为什么右值不能被取地址的原因，因为只有被存储起来后才有地址。
但需要注意的是，这里说函数的返回值是右值，指的是传值返回的函数，因为传值返回的函数在返回对象时返回的是对象的拷贝，这个拷贝出来的对象就是一个临时变量。
对于左值引用返回的函数来说，这些函数返回的是左值
例如：string类实现的[]运算符重载函数
namespace cxq
{
//模拟实现string类
class string
{
public:
//[]运算符重载（可读可写）
char& operator[](size_t i)
{
assert(i < _size); //检测下标的合法性
return _str[i]; //返回对应字符
}
//...
private:
char* _str; //存储字符串
size_t _size; //记录字符串当前的有效长度
//...
};
}
int main()
{
cl::string s("hello");
s[3] = 'x'; //引用返回，支持外部修改
return 0;
}
这里的[]运算符重载函数返回的是一个字符的引用，因为它需要支持外部对该位置的字符进行修改，所以必须采用左值引用返回。之所以说这里返回的是一个左值，是因为这个返回的字符是被存储起来了的，是存储在string对象的_str对象当中的，因此这个字符是可以被取到地址的
左值引用 && 右值引用
将C++11之前的引用就叫做左值引用
无论左值引用还是右值引用，本质都是给对象取别名
左值引用：
左值引用就是对左值的引用，给左值取别名，通过“&”来声明
int main()
{
//以下的p、b、c、*p都是左值
int* p = new int(0);
int b = 1;
const int c = 2;
//以下几个是对上面左值的左值引用
int*& rp = p;
int& rb = b;
const int& rc = c;
int& pvalue = *p;
return 0;
}
右值引用：
右值引用就是对右值的引用，给右值取别名，通过“&&”来声明
int main()
{
double x = 1.1, y = 2.2;
//以下几个都是常见的右值
10;
x + y;
fmin(x, y);
//以下几个都是对右值的右值引用
int&& rr1 = 10;
double&& rr2 = x + y;
double rr3 = fmin(x, y);
return 0;
}
右值是不能取地址的，但是给右值取别名后，会导致右值被存储到特定位置，这时这个右值可以被取到地址，并且可以被修改，如果不想让被引用的右值被修改，可以用const修饰右值引用
左值引用可以引用右值吗? 如果可以引用，左值引用如何引用右值？
- 左值引用不能引用右值，因为这涉及权限放大的问题，右值是不能被修改的，而左值引用是可以修改。
- 但是const左值引用可以引用右值，因为const左值引用能够保证被引用的数据不会被修改
例：
template<class T>
//const左值引用既可以引用左值，也可以引用右值
void func(const T& val)//const左值引用
{
cout << val << endl;
}
int main()
{
string s("hello");
func(s); //s为左值
func(5); //5是右值
func(std::string("hello")); // "hello" 没有被实际存储起来 ,所以是右值
return 0;
}
template<class T>
//左值引用可以引用左值，不可以引用右值
void func( T& val) //左值引用
{
cout << val << endl;
}
int main()
{
string s("hello");
func(s); //s为左值
func(5); //5是右值
func(std::string("hello")); // 匿名对象，"hello" 没有被实际存储起来 ,所以是右值
return 0;
}
右值引用可以引用左值吗？
- 右值引用只能引用右值，不能引用左值。
- 但是右值引用可以引用move以后的左值。
例：
int main()
{
//move函数是C++11标准提供的一个函数，被move后的左值能够赋值给右值引用
int a = 10;
//int&& r1 = a; //右值引用不能引用左值
int&& r2 = move(a); //右值引用可以引用move以后的左值
return 0;
}
使用场景
右值引用 ：
const左值引用既能接收左值，又能接收右值，但左值引用终究存在短板，而C++11提出的右值引用就是用来解决左值引用的短板的
左值引用:
- 左值引用做参数，防止传参时进行拷贝操作。
- 左值引用做返回值，防止返回时对返回对象进行拷贝操作
#include <iostream>
// 函数重载，const左值引用 ,可以接收左值和右值
void func(const int& r) {
std::cout << "void func(const int& r)" << std::endl;
}
// 函数重载，右值引用，只能接收右值
void func(int&& r) {
std::cout << "void func(int&& r)" << std::endl;
}
int main()
{
int a = 0;
int b = 1;
func(a); // 调用const int& 版本的func，因为a是一个左值
// 调用int&&版本的func，因为a + b是一个右值表达式
func(a + b);
return 0;
}
在当前函数调用结束后就会立即被销毁，我可以把这种即将被消耗的值叫做将亡值
- 内置类型的右值：纯右值
- 自定义类型的右值：将亡值
例如：s1 + s2 （ 运算符重载） 、to_string （ 函数调用）
移动构造:
例：模拟实现string类。类当中实现了一些基本的成员函数，并在string的拷贝构造函数和赋值运算符重载函数当中打印了一条提示语句
namespace cxq
{
class string
{
public:
typedef char* iterator;
iterator begin()
{
return _str; //返回字符串中第一个字符的地址
}
iterator end()
{
return _str + _size; //返回字符串中最后一个字符的后一个字符的地址
}
//构造函数
string(const char* str = "")
{
_size = strlen(str); //初始时，字符串大小设置为字符串长度
_capacity = _size; //初始时，字符串容量设置为字符串长度
_str = new char[_capacity + 1]; //为存储字符串开辟空间（多开一个用于存放'\0'）
strcpy(_str, str); //将C字符串拷贝到已开好的空间
}
//交换两个对象的数据
void swap(string& s)
{
//调用库里的swap
::swap(_str, s._str); //交换两个对象的C字符串
::swap(_size, s._size); //交换两个对象的大小
::swap(_capacity, s._capacity); //交换两个对象的容量
}
//拷贝构造函数（现代写法）
string(const string& s)
:_str(nullptr)
, _size(0)
, _capacity(0)
{
cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;
string tmp(s._str); //调用构造函数，构造出一个C字符串为s._str的对象
swap(tmp); //交换这两个对象
}
//赋值运算符重载（现代写法）
string& operator=(const string& s) //接收左值引用
{
cout << "string& operator=(const string& s) -- 深拷贝" << endl;
string tmp(s); //用s拷贝构造出对象tmp
swap(tmp); //交换这两个对象
return *this; //返回左值（支持连续赋值）
}
//移动构造
string& operator=( string&& s) //接收右值引用
{
std::cout << "string& operator=(string && s) -- 移动拷贝" << std::endl;
swap(s);
return *this; //返回右值（支持连续赋值）
}
//析构函数
~string()
{
delete[] _str; //释放_str指向的空间
_str = nullptr; //及时置空，防止非法访问
_size = 0; //大小置0
_capacity = 0; //容量置0
}
//[]运算符重载
char& operator[](size_t i)
{
assert(i < _size); //检测下标的合法性
return _str[i]; //返回对应字符
}
//改变容量，大小不变
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity) //当n大于对象当前容量时才需执行操作
{
char* tmp = new char[n + 1]; //多开一个空间用于存放'\0'
strncpy(tmp, _str, _size + 1); //将对象原本的C字符串拷贝过来（包括'\0'）
delete[] _str; //释放对象原本的空间
_str = tmp; //将新开辟的空间交给_str
_capacity = n; //容量跟着改变
}
}
//尾插字符
void push_back(char ch)
{
if (_size == _capacity) //判断是否需要增容
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2); //将容量扩大为原来的两倍
}
_str[_size] = ch; //将字符尾插到字符串
_str[_size + 1] = '\0'; //字符串后面放上'\0'
_size++; //字符串的大小加一
}
//+=运算符重载
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch); //尾插字符串
return *this; //返回左值（支持连续+=）
}
//返回C类型的字符串
const char* c_str()const
{
return _str;
}
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
}
cxq::string func()
{
cxq::string str("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
// ...
return str;
}
int main()
{
cxq::string ret2;
// ...
ret2 = func();
return 0;
}
运行结果：
如何理解运行结果：
移动构造是一个构造函数，该构造函数的参数是右值引用类型的，移动构造本质就是将传入右值的资源窃取过来，占为己有，避免进行深拷贝， 可以理解为窃取别人的资源来构造自己
在当前的string类中增加一个移动构造函数，该函数要做的就是调用swap函数将传入右值的资源窃取过来，为了能够更好的得知移动构造函数是否被调用，可以在该函数当中打印一条提示语句
string& operator=( string&& s) //接收右值引用
{
std::cout << "string& operator=(string && s) -- 移动拷贝" << std::endl;
swap(s);
return *this; //返回右值（支持连续赋值）
}
例：模拟实现string类。类当中实现了一些基本的成员函数，并在string的拷贝构造函数和赋值运算符重载函数当中打印了一条提示语句
namespace cxq
{
class string
{
public:
typedef char* iterator;
iterator begin()
{
return _str; //返回字符串中第一个字符的地址
}
iterator end()
{
return _str + _size; //返回字符串中最后一个字符的后一个字符的地址
}
//构造函数
string(const char* str = "")
{
_size = strlen(str); //初始时，字符串大小设置为字符串长度
_capacity = _size; //初始时，字符串容量设置为字符串长度
_str = new char[_capacity + 1]; //为存储字符串开辟空间（多开一个用于存放'\0'）
strcpy(_str, str); //将C字符串拷贝到已开好的空间
}
//交换两个对象的数据
void swap(string& s)
{
//调用库里的swap
::swap(_str, s._str); //交换两个对象的C字符串
::swap(_size, s._size); //交换两个对象的大小
::swap(_capacity, s._capacity); //交换两个对象的容量
}
//拷贝构造函数（现代写法）
string(const string& s)
:_str(nullptr)
, _size(0)
, _capacity(0)
{
cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;
string tmp(s._str); //调用构造函数，构造出一个C字符串为s._str的对象
swap(tmp); //交换这两个对象
}
//赋值运算符重载（现代写法）
string& operator=(const string& s) //接收左值引用
{
cout << "string& operator=(const string& s) -- 深拷贝" << endl;
string tmp(s); //用s拷贝构造出对象tmp
swap(tmp); //交换这两个对象
return *this; //返回左值（支持连续赋值）
}
//移动构造
string& operator=( string&& s) //接收右值引用
{
std::cout << "string& operator=(string && s) -- 移动拷贝" << std::endl;
swap(s);
return *this; //返回右值（支持连续赋值）
}
//析构函数
~string()
{
delete[] _str; //释放_str指向的空间
_str = nullptr; //及时置空，防止非法访问
_size = 0; //大小置0
_capacity = 0; //容量置0
}
//[]运算符重载
char& operator[](size_t i)
{
assert(i < _size); //检测下标的合法性
return _str[i]; //返回对应字符
}
//改变容量，大小不变
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity) //当n大于对象当前容量时才需执行操作
{
char* tmp = new char[n + 1]; //多开一个空间用于存放'\0'
strncpy(tmp, _str, _size + 1); //将对象原本的C字符串拷贝过来（包括'\0'）
delete[] _str; //释放对象原本的空间
_str = tmp; //将新开辟的空间交给_str
_capacity = n; //容量跟着改变
}
}
//尾插字符
void push_back(char ch)
{
if (_size == _capacity) //判断是否需要增容
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2); //将容量扩大为原来的两倍
}
_str[_size] = ch; //将字符尾插到字符串
_str[_size + 1] = '\0'; //字符串后面放上'\0'
_size++; //字符串的大小加一
}
//+=运算符重载
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch); //尾插字符串
return *this; //返回左值（支持连续+=）
}
//返回C类型的字符串
const char* c_str()const
{
return _str;
}
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
}
cxq::string func()
{
cxq::string str("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
// ...
return str;
}
int main()
{
cxq::string ret2;
// ...
ret2 = func();
return 0;
}
运行结果：
移动构造和拷贝构造的区别：
没有增加移动构造之前，由于拷贝构造采用的是const左值引用接收参数，因此无论拷贝构造对象时传入的是左值还是右值，都会调用拷贝构造函数。
增加移动构造之后，由于移动构造采用的是右值引用接收参数，因此如果拷贝构造对象时传入的是右值，那么就会调用移动构造函数（最匹配原则）。
string的拷贝构造函数做的是深拷贝，而移动构造函数中只需要调用swap函数进行资源的转移，因此调用移动构造的代价比调用拷贝构造的代价小。
完美转发
万能引用
模板中的&&不代表右值引用，而是万能引用，其既能接收左值又能接收右值
template<class T>
void PerfectForward(T&& t)
{
//...
}
右值引用和万能引用的区别就是，右值引用需要是确定的类型，而万能引用是根据传入实参的类型进行推导，如果传入的实参是一个左值，那么这里的形参t就是左值引用，如果传入的实参是一个右值，那么这里的形参t就是右值引用。
下面重载了四个Func函数，这四个Func函数的参数类型分别是左值引用、const左值引用、右值引用和const右值引用。在主函数中调用PerfectForward函数时分别传入左值、右值、const左值和const右值，在PerfectForward函数中再调用Func函数。如下：
void Func(int& x)
{
cout << "左值引用" << endl;
}
void Func(const int& x)
{
cout << "const 左值引用" << endl;
}
void Func(int&& x)
{
cout << "右值引用" << endl;
}
void Func(const int&& x)
{
cout << "const 右值引用" << endl;
}
template<class T>
void PerfectForward(T&& t)
{
Func(t);
}
int main()
{
int a = 10;
PerfectForward(a); //左值
PerfectForward(move(a)); //右值
const int b = 20;
PerfectForward(b); //const 左值
PerfectForward(move(b)); //const 右值
return 0;
}
左值不折叠，右值折叠
右值不能被取地址，也不能被修改，但是右值引用可以被修改 ，
- 右值引用变量的属性会被编译器识别成左值
- 否则在移动构造的场景下，无法完成资源转移，必须要修改
由于PerfectForward函数的参数类型是万能引用，因此既可以接收左值也可以接收右值，而我们在PerfectForward函数中调用Func函数，就是希望调用PerfectForward函数时传入左值、右值、const左值、const右值，能够匹配到对应版本的Func函数。
但实际调用PerfectForward函数时传入左值和右值，最终都匹配到了左值引用版本的Func函数，调用PerfectForward函数时传入const左值和const右值，最终都匹配到了const左值引用版本的Func函数。
根本原因就是，右值被引用后会导致右值被存储到特定位置，这时这个右值可以被取到地址，并且可以被修改，所以在PerfectForward函数中调用Func函数时会将t识别成左值。
也就是说，右值经过一次参数传递后其属性会退化成左值，如果想要在这个过程中保持右值的属性，就需要用到完美转发
要想在参数传递过程中保持其原有的属性，需要在传参时调用forward函数
template<class T>
void PerfectForward(T&& t)
{
//完美转发，t是左值引用，保持左值属性
//完美转发，t是右值引用，保持右值属性
Func(std::forward<T>(t));
}
经过完美转发后，调用PerfectForward函数时传入的是右值就会匹配到右值引用版本的Func函数，传入的是const右值就会匹配到const右值引用版本的Func函数，这就是完美转发的价值
完美转发的使用场景
namespace cxq
{
template<class T>
struct ListNode
{
T _data;
ListNode* _next = nullptr;
ListNode* _prev = nullptr;
};
template<class T>
class list
{
typedef ListNode<T> node;
public:
//构造函数
list()
{
_head = new node;
_head->_next = _head;
_head->_prev = _head;
}
//左值引用版本的push_back
void push_back(const T& x)
{
insert(_head, x);
}
//右值引用版本的push_back
void push_back(T&& x)
{
insert(_head, std::forward<T>(x)); //完美转发
}
//左值引用版本的insert
void insert(node* pos, const T& x)
{
node* prev = pos->_prev;
node* newnode = new node;
newnode->_data = x;
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = pos;
pos->_prev = newnode;
}
//右值引用版本的insert
void insert(node* pos, T&& x)
{
node* prev = pos->_prev;
node* newnode = new node;
newnode->_data = std::forward<T>(x); //完美转发
prev->_next = newnode;
newnode->_prev = prev;
newnode->_next = pos;
pos->_prev = newnode;
}
private:
node* _head; //指向链表头结点的指针
};
}
定义一个list对象，list容器中存储的就是之前模拟实现的string类，这里分别传入左值和右值调用不同版本的push_back
int main()
{
cxq::list<cxq::string> lt;
cxq::string s("1111");
lt.push_back(s); //调用左值引用版本的push_back
lt.push_back("2222"); //调用右值引用版本的push_back
return 0;
}
调用左值引用版本的push_back函数插入元素时，会调用string原有的operator=函数进行深拷贝，调用右值引用版本的push_back函数插入元素时，只会调用string的移动赋值进行资源的移动。
因为实现push_back函数时复用了insert函数的代码，对于左值引用版本的push_back函数，在调用insert函数时只能调用左值引用版本的insert函数，而在insert函数中插入元素时会先new一个结点，然后将对应的左值赋值给该结点，因此会调用string原有的operator=函数进行深拷贝。
而对于右值引用版本的push_back函数，在调用insert函数时就可以调用右值引用版本的insert函数，在右值引用版本的insert函数中也会先new一个结点，然后将对应的右值赋值给该结点，因此这里就和调用string的移动赋值函数进行资源的移动。
这个场景中就需要用到完美转发，否则右值引用版本的push_back接收到右值后，该右值的右值属性就退化了，此时在右值引用版本的push_back函数中调用insert函数，也会匹配到左值引用版本的insert函数，最终调用的还是原有的operator=函数进行深拷贝。
此外，除了在右值引用版本的push_back函数中调用insert函数时，需要用完美转发保持右值原有的属性之外，在右值引用版本的insert函数中用右值给新结点赋值时也需要用到完美转发，否则在赋值时也会将其识别为左值，导致最终调用的还是原有的operator=函数。
也就是说，只要想保持右值的属性，在每次右值传参时都需要进行完美转发，实际STL库中也是通过完美转发来保持右值属性的。
注意： 代码中push_back和insert函数的参数T&&是右值引用，而不是万能引用，因为在list对象创建时这个类就被实例化了，后续调用push_back和insert函数时，参数T&&中的T已经是一个确定的类型了，而不是在调用push_back和insert函数时才进行类型推导的