## 条款二十四：区分通用引用与右值引用

Item 24: Distinguish universal references from rvalue references

据说，真相使人自由，然而在特定的环境下，一个精心挑选的谎言也同样使人解放。这一条款就是这样一个谎言。因为我们在和软件打交道，然而，让我们避开“谎言（lie）”这个词，不妨说，本条款包含了一种“抽象（abstraction）”。

为了声明一个指向某个类型`T`的右值引用，你写下了`T&&`。由此，一个合理的假设是，当你看到一个“`T&&`”出现在源码中，你看到的是一个右值引用。唉，事情并不如此简单:

    void f(Widget&& param);             //右值引用
    Widget&& var1 = Widget();           //右值引用
    auto&& var2 = var1;                 //不是右值引用

    template<typename T>
    void f(std::vector<T>&& param);     //右值引用

    template<typename T>
    void f(T&& param);                  //不是右值引用

事实上，“`T&&`”有两种不同的意思。第一种，当然是右值引用。这种引用表现得正如你所期待的那样：它们只绑定到右值上，并且它们主要的存在原因就是为了识别可以移动操作的对象。

“`T&&`”的另一种意思是，它既可以是右值引用，也可以是左值引用。这种引用在源码里看起来像右值引用（即“`T&&`”），但是它们可以表现得像是左值引用（即“`T&`”）。它们的二重性使它们既可以绑定到右值上（就像右值引用），也可以绑定到左值上（就像左值引用）。 此外，它们还可以绑定到`const`或者non-`const`的对象上，也可以绑定到`volatile`或者non-`volatile`的对象上，甚至可以绑定到既`const`又`volatile`的对象上。它们可以绑定到几乎任何东西。这种空前灵活的引用值得拥有自己的名字。我把它叫做通用引用（universal references）。（Item25解释了`std::forward`几乎总是可以应用到通用引用上，并且在这本书即将出版之际，一些C++社区的成员已经开始将这种通用引用称之为转发引用（forwarding references））。

在两种情况下会出现通用引用。最常见的一种是函数模板形参，正如在之前的示例代码中所出现的例子：

    template<typename T>
    void f(T&& param);                  //param是一个通用引用

第二种情况是`auto`声明符，它是从以上示例中拿出的：

    auto&& var2 = var1;                 //var2是一个通用引用

这两种情况的共同之处就是都存在类型推导（type deduction）。在模板`f`的内部，`param`的类型需要被推导，而在变量`var2`的声明中，`var2`的类型也需要被推导。同以下的例子相比较（同样来自于上面的示例代码），下面的例子不带有类型推导。如果你看见“`T&&`”不带有类型推导，那么你看到的就是一个右值引用：

    void f(Widget&& param);         //没有类型推导，
                                    //param是一个右值引用
    Widget&& var1 = Widget();       //没有类型推导，
                                    //var1是一个右值引用

因为通用引用是引用，所以它们必须被初始化。一个通用引用的初始值决定了它是代表了右值引用还是左值引用。如果初始值是一个右值，那么通用引用就会是对应的右值引用，如果初始值是一个左值，那么通用引用就会是一个左值引用。对那些是函数形参的通用引用来说，初始值在调用函数的时候被提供：

    template<typename T>
    void f(T&& param);              //param是一个通用引用

    Widget w;
    f(w);                           //传递给函数f一个左值；param的类型
                                    //将会是Widget&，也即左值引用

    f(std::move(w));                //传递给f一个右值；param的类型会是
                                    //Widget&&，即右值引用

对一个通用引用而言，类型推导是必要的，但是它还不够。引用声明的形式必须正确，并且该形式是被限制的。它必须恰好为“`T&&`”。再看看之前我们已经看过的代码示例：

    template <typename T>
    void f(std::vector<T>&& param);     //param是一个右值引用

当函数`f`被调用的时候，类型`T`会被推导（除非调用者显式地指定它，这种边缘情况我们不考虑）。但是`param`的类型声明并不是`T&&`，而是一个`std::vector<T>&&`。这排除了`param`是一个通用引用的可能性。`param`因此是一个右值引用——当你向函数`f`传递一个左值时，你的编译器将会乐于帮你确认这一点:

    std::vector<int> v;
    f(v);                           //错误！不能将左值绑定到右值引用

即使一个简单的`const`修饰符的出现，也足以使一个引用失去成为通用引用的资格:

    template <typename T>
    void f(const T&& param);        //param是一个右值引用

如果你在一个模板里面看见了一个函数形参类型为“`T&&`”，你也许觉得你可以假定它是一个通用引用。错！这是由于在模板内部并不保证一定会发生类型推导。考虑如下`push_back`成员函数，来自`std::vector`：

    template<class T, class Allocator = allocator<T>>   //来自C++标准
    class vector
    {
    public:
        void push_back(T&& x);
        …
    }

`push_back`函数的形参当然有一个通用引用的正确形式，然而，在这里并没有发生类型推导。因为`push_back`在有一个特定的`vector`实例之前不可能存在，而实例化`vector`时的类型已经决定了`push_back`的声明。也就是说，

    std::vector<Widget> v;

将会导致`std::vector`模板被实例化为以下代码：

    class vector<Widget, allocator<Widget>> {
    public:
        void push_back(Widget&& x);             //右值引用
        …
    };

现在你可以清楚地看到，函数`push_back`不包含任何类型推导。`push_back`对于`vector<T>`而言（有两个函数——它被重载了）总是声明了一个类型为rvalue-reference-to-`T`的形参。

作为对比，`std::vector`内的概念上相似的成员函数`emplace_back`，却确实包含类型推导:

    template<class T, class Allocator = allocator<T>>   //依旧来自C++标准
    class vector {
    public:
        template <class... Args>
        void emplace_back(Args&&... args);
        …
    };

这儿，类型参数（type parameter）`Args`是独立于`vector`的类型参数`T`的，所以`Args`会在每次`emplace_back`被调用的时候被推导。（好吧，`Args`实际上是一个parameter pack，而不是一个类型参数，但是为了方便讨论，我们可以把它当作是一个类型参数。）

虽然函数`emplace_back`的类型参数被命名为`Args`，但是它仍然是一个通用引用，这补充了我之前所说的，通用引用的格式必须是“`T&&`”。你使用的名字`T`并不是必要的。举个例子，如下模板接受一个通用引用，因为形式（“`type&&`”）是正确的，并且`param`的类型将会被推导（重复一次，不考虑边缘情况，即当调用者明确给定类型的时候）。

    template<typename MyTemplateType>           //param是通用引用
    void someFunc(MyTemplateType&& param);

我之前提到，类型为`auto`的变量可以是通用引用。更准确地说，类型声明为`auto&&`的变量是通用引用，因为会发生类型推导，并且它们具有正确形式(`T&&`)。`auto`类型的通用引用不如函数模板形参中的通用引用常见，但是它们在C++11中常常突然出现。而它们在C++14中出现得更多，因为C++14的lambda表达式可以声明`auto&&`类型的形参。举个例子，如果你想写一个C++14标准的lambda表达式，来记录任意函数调用的时间开销，你可以这样写：

    auto timeFuncInvocation =
        [](auto&& func, auto&&... params)           //C++14
        {
            start timer;
            std::forward<decltype(func)>(func)(     //对params调用func
                std::forward<delctype(params)>(params)...
            );
            stop timer and record elapsed time;
        };

如果你对lambda里的代码“`std::forward<decltype(blah blah blah)>`”反应是“这是什么鬼...?!”，只能说你可能还没有读Item33。别担心。在本条款，重要的事是lambda表达式中声明的`auto&&`类型的形参。`func`是一个通用引用，可以被绑定到任何可调用对象，无论左值还是右值。`args`是0个或者多个通用引用（即它是个通用引用parameter pack），它可以绑定到任意数目、任意类型的对象上。多亏了`auto`类型的通用引用，函数`timeFuncInvocation`可以对近乎任意（pretty much any）函数进行计时。(如果你想知道任意（any）和近乎任意（pretty much any）的区别，往后翻到Item30)。

牢记整个本条款——通用引用的基础——是一个谎言，噢不，是一个“抽象”。其底层真相被称为引用折叠（reference collapsing），Item28的专题将致力于讨论它。但是这个真相并不降低该抽象的有用程度。区分右值引用和通用引用将会帮助你更准确地阅读代码（“究竟我眼前的这个`T&&`是只绑定到右值还是可以绑定任意对象呢？”），并且，当你在和你的合作者交流时，它会帮助你避免歧义（“在这里我在用一个通用引用，而非右值引用”）。它也可以帮助你弄懂Item25和26，它们依赖于右值引用和通用引用的区别。所以，拥抱这份抽象，陶醉于它吧。就像牛顿的力学定律（本质上不正确），比起爱因斯坦的广义相对论（这是真相）而言，往往更简单，更易用。所以通用引用的概念，相较于穷究引用折叠的细节而言，是更合意之选。

请记住：

- 如果一个函数模板形参的类型为`T&&`，并且`T`需要被推导得知，或者如果一个对象被声明为`auto&&`，这个形参或者对象就是一个通用引用。
- 如果类型声明的形式不是标准的`type&&`，或者如果类型推导没有发生，那么`type&&`代表一个右值引用。
- 通用引用，如果它被右值初始化，就会对应地成为右值引用；如果它被左值初始化，就会成为左值引用。