stout代碼分析之十：c++11之move和forward

　　stout中大量使用了c++11的特性，而c++11中move和forward大概是最神奇的特性了.

1. 左值和右值的區別

int a = 0;   // a是左值，0是右值
int b = rand();  // b是左值，rand()是右值

　　直觀理解：左值在等號左邊，右值在等號右邊

　　深入理解：左值有名稱，可根據左值獲取其內存地址，而右值沒有名稱，不能根據右值獲取地址。

 

　　2. 引用疊加規則

　　左值引用A&和右值引用A&& 可相互疊加

A& + A& = A&
A& + A&& = A&
A&& + A& = A&
A&& + A&& = A&&

　　舉例示例，void foo(T&& x)中，如果T是int&, x為左值語義，如果T是int&&, x為右值語義

　

　　3. 為什么要使用std::move

　　如果類X包含一個指向某資源的指針，在左值語義下，類X的賦值構造函數如下：

X::X(const X& other)
{
  // ....
  // 銷毀資源 
  // 復制other的資源，並使指針指向它
  // ...
}

　　應用代碼如下，其中，tmp被賦給a之后，便不再使用。

X tmp;
// ...經過一系列初始化...
X a = tmp;

　　如上，執行過程按照時間順序如下: 首先執行一次默認構造函數(tmp申請資源)，再執行一次復制構造函數(a復制資源), 最后退出作用域時再執行一次析構函數(tmp釋放資源)。既然tmp遲早要被析構掉，在執行復制構造函數的時候，a能不能將tmp的資源“偷“”過來，直接為我所用？ 

X::X(const X& other)
{
  // 交換this和other的資源        
}

　　這樣可以減少一次資源的創建和釋放。這就是std::move所要實現的。

　　

　　4. std::move的實現

　　std::move用於強制將左值轉化為右值。其實現方式如下：

template<class T> 
typename remove_reference<T>::type&&
std::move(T&& a) noexcept
{
  typedef typename remove_reference<T>::type&& RvalRef;
  return static_cast<RvalRef>(a);
}

　　當a為int左值(右值)時，根據引用疊加原理，T為int&, remove_reference<T> = int, std::move返回類型為int&&，即右值引用

　　

　　5. std::move的使用 

#include <utility>             
#include <iostream>            
#include <string>              
#include <vector>              
                               
void foo(const std::string& n) 
{                              
  std::cout << "lvalue" << std::endl;
}                              
                               
void foo(std::string&& n)      
{                              
  std::cout << "rvalue" << std::endl;
}                              
                               
void bar()                     
{                              
  foo("hello");                // rvalue
  std::string a = "world";      
  foo(a);                      // lvalue
  foo(std::move(a));           // rvalue
}

int main()
{
  std::vector<std::string> a = {"hello", "world"};
  std::vector<std::string> b;

  b.push_back("hello");
  b.push_back(std::move(a[1]));

  std::cout << "bsize: " << b.size() << std::endl;
  for (std::string& x: b)
    std::cout << x << std::endl;
  bar();
  return 0;
}

　　6. 為什么要使用std::forward

　　首先看下面這段代碼：

#include <utility>
#include <iostream>

void bar(const int& x)
{
  std::cout << "lvalue" << std::endl;
}

void bar(int&& x)
{
  std::cout << "rvalue" << std::endl;
}

template <typename T>
void foo(T&& x)
{
  bar(x);
  bar(std::forward<T>(x));
}

int main()
{
  int x = 10; 
  foo(x);
  foo(10);
  return 0;
}

　　執行foo(10)：首先進入函數foo, 執行bar(x), 輸出"lvalue"。這里有點不合常理，10明明是一個右值，為什么這里輸出"lvalue"呢？這是因為10只是作為一個foo的右值參數，但是在foo函數內部，x卻是一個有名字的變量，因此10是bar(x)的左值參數。但是我們想延續10的左值語義，怎么辦呢？std::forward就派上了用場。

　　總而言之，std::forward的目的就是保持std::move的語意。

　　7. std::forwar的實現

template<typename T, typename Arg> 
shared_ptr<T> factory(Arg&& arg)
{ 
  return shared_ptr<T>(new T(std::forward<Arg>(arg)));
}

template<class S>
S&& forward(typename remove_reference<S>::type& a) noexcept
{
  return static_cast<S&&>(a);
}

X x;
factory<A>(x);

　　如果factory的輸入參數是一個左值 => Arg = X& => std::forward<Arg> = X&, 這種情況下，std::forward<Arg>(arg)仍然是左值。

　　相反，如果factory輸入參數是一個右值 => Arg = X => std::forward<Arg> = X, 這種情況下，std::forward<Arg>(arg)是一個右值。

　　

　　8. std::forward的使用

　　直接上碼，如果前面都懂了，相信這段代碼的輸出結果也能猜個八九不離十了。　　

#include <utility>
#include <iostream>

void overloaded(const int& x)
{
  std::cout << "[lvalue]" << std::endl;
}

void overloaded(int&& x)
{
  std::cout << "[rvalue]" << std::endl;
}

template <class T> void fn(T&& x)
{
  overloaded(x);
  overloaded(std::forward<T>(x));
}

int main()
{
  int i = 10; 
  overloaded(std::forward<int>(i));
  overloaded(std::forward<int&>(i));
  overloaded(std::forward<int&&>(i));
  
  fn(i);
  fn(std::move(i));

  return 0;
}