EffectiveModernCppChinese/5.RRefMovSemPerfForw/item24.html

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2022-07-02 13:21:48 +08:00
<title>Item 24:区别通用引用和右值引用 - Effective Modern C++</title>
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2022-07-02 13:21:48 +08:00
<ol class="chapter"><li class="chapter-item expanded "><a href="../Introduction.html">简介</a></li><li class="chapter-item expanded "><div>第一章 类型推导</div></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../1.DeducingTypes/item1.html">Item 1:理解模板类型推导</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../1.DeducingTypes/item2.html">Item 2:理解auto类型推导</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../1.DeducingTypes/item3.html">Item 3:理解decltype</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../1.DeducingTypes/item4.html">Item 4:学会查看类型推导结果</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><div>第二章 auto</div></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../2.Auto/item5.html">Item 5:优先考虑auto而非显式类型声明</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../2.Auto/item6.html">Item 6:auto推导若非己愿使用显式类型初始化惯用法</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><div>第三章 移步现代C++</div></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item7.html">Item 7:区别使用()和{}创建对象</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item8.html">Item 8:优先考虑nullptr而非0和NULL</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item9.html">Item 9:优先考虑别名声明而非typedefs</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item10.html">Item 10:优先考虑限域枚举而非未限域枚举</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item11.html">Item 11:优先考虑使用deleted函数而非使用未定义的私有声明</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item12.html">Item 12:使用override声明重载函数</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item13.html">Item 13:优先考虑const_iterator而非iterator</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item14.html">Item 14:如果函数不抛出异常请使用noexcept</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item15.html">Item 15:尽可能的使用constexpr</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item16.html">Item 16:让const成员函数线程安全</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../3.MovingToModernCpp/item17.html">Item 17:理解特殊成员函数函数的生成</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><div>第四章 智能指针</div></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../4.SmartPointers/item18.html">Item 18:对于独占资源使用std::unique_ptr</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../4.SmartPointers/item19.html">Item 19:对于共享资源使用std::shared_ptr</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../4.SmartPointers/item20.html">Item 20:当std::shard_ptr可能悬空时使用std::weak_ptr</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../4.SmartPointers/item21.html">Item 21:优先考虑使用std::make_unique和std::make_shared而非new</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../4.SmartPointers/item22.html">Item 22:当使用Pimpl惯用法请在实现文件中定义特殊成员函数</a></li></ol></li><li class="chapter-item expanded "><div>第五章 右值引用,移动语义,完美转发</div></li><li><ol class="section"><li class="chapter-item expanded "><a href="../5.RRefMovSemPerfForw/item23.html">Item 23:理解std::move和std::forward</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../5.RRefMovSemPerfForw/item24.html" class="active">Item 24:区别通用引用和右值引用</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../5.RRefMovSemPerfForw/item25.html">Item 25:对于右值引用使用std::move对于通用引用使用std::forward</a></li><li class="chapter-item expanded "><a href="../5.
</div>
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<h2 id="条款二十四区分通用引用与右值引用"><a class="header" href="#条款二十四区分通用引用与右值引用">条款二十四:区分通用引用与右值引用</a></h2>
<p><strong>Item 24: Distinguish universal references from rvalue references</strong></p>
<p>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”。</p>
<p>为了声明一个指向某个类型<code>T</code>的右值引用,你写下了<code>T&amp;&amp;</code>。由此,一个合理的假设是,当你看到一个“<code>T&amp;&amp;</code>”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:</p>
<pre><code class="language-cpp">void f(Widget&amp;&amp; param); //右值引用
Widget&amp;&amp; var1 = Widget(); //右值引用
auto&amp;&amp; var2 = var1; //不是右值引用
template&lt;typename T&gt;
void f(std::vector&lt;T&gt;&amp;&amp; param); //右值引用
template&lt;typename T&gt;
void f(T&amp;&amp; param); //不是右值引用
</code></pre>
<p>事实上,“<code>T&amp;&amp;</code>”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。</p>
<p><code>T&amp;&amp;</code>”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“<code>T&amp;&amp;</code>”),但是它们可以表现得像是左值引用(即“<code>T&amp;</code>”)。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<code>const</code>或者non-<code>const</code>的对象上,也可以绑定到<code>volatile</code>或者non-<code>volatile</code>的对象上,甚至可以绑定到既<code>const</code><code>volatile</code>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<strong>通用引用</strong><em>universal references</em>)。(<a href="https://github.com/kelthuzadx/EffectiveModernCppChinese/blob/master/5.RRefMovSemPerfForw/item25.md">Item25</a>解释了<code>std::forward</code>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<strong>转发引用</strong><em>forwarding references</em>))。</p>
<p>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:</p>
<pre><code class="language-cpp">template&lt;typename T&gt;
void f(T&amp;&amp; param); //param是一个通用引用
</code></pre>
<p>第二种情况是<code>auto</code>声明符,它是从以上示例中拿出的:</p>
<pre><code class="language-cpp">auto&amp;&amp; var2 = var1; //var2是一个通用引用
</code></pre>
<p>这两种情况的共同之处就是都存在<strong>类型推导</strong><em>type deduction</em>)。在模板<code>f</code>的内部,<code>param</code>的类型需要被推导,而在变量<code>var2</code>的声明中,<code>var2</code>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“<code>T&amp;&amp;</code>”不带有类型推导,那么你看到的就是一个右值引用:</p>
<pre><code class="language-cpp">void f(Widget&amp;&amp; param); //没有类型推导,
//param是一个右值引用
Widget&amp;&amp; var1 = Widget(); //没有类型推导,
//var1是一个右值引用
</code></pre>
<p>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:</p>
<pre><code class="language-cpp">template&lt;typename T&gt;
void f(T&amp;&amp; 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&amp;,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&amp;&amp;,即右值引用
</code></pre>
<p>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<strong>形式</strong>必须正确,并且该形式是被限制的。它必须恰好为“<code>T&amp;&amp;</code>”。再看看之前我们已经看过的代码示例:</p>
<pre><code class="language-cpp">template &lt;typename T&gt;
void f(std::vector&lt;T&gt;&amp;&amp; param); //param是一个右值引用
</code></pre>
<p>当函数<code>f</code>被调用的时候,类型<code>T</code>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<code>param</code>的类型声明并不是<code>T&amp;&amp;</code>,而是一个<code>std::vector&lt;T&gt;&amp;&amp;</code>。这排除了<code>param</code>是一个通用引用的可能性。<code>param</code>因此是一个右值引用——当你向函数<code>f</code>传递一个左值时,你的编译器将会乐于帮你确认这一点:</p>
<pre><code class="language-cpp">std::vector&lt;int&gt; v;
f(v); //错误!不能将左值绑定到右值引用
</code></pre>
<p>即使一个简单的<code>const</code>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:</p>
<pre><code class="language-cpp">template &lt;typename T&gt;
void f(const T&amp;&amp; param); //param是一个右值引用
</code></pre>
<p>如果你在一个模板里面看见了一个函数形参类型为“<code>T&amp;&amp;</code>”,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<code>push_back</code>成员函数,来自<code>std::vector</code></p>
<pre><code class="language-cpp">template&lt;class T, class Allocator = allocator&lt;T&gt;&gt; //来自C++标准
class vector
{
public:
void push_back(T&amp;&amp; x);
}
</code></pre>
<p><code>push_back</code>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<code>push_back</code>在有一个特定的<code>vector</code>实例之前不可能存在,而实例化<code>vector</code>时的类型已经决定了<code>push_back</code>的声明。也就是说,</p>
<pre><code class="language-cpp">std::vector&lt;Widget&gt; v;
</code></pre>
<p>将会导致<code>std::vector</code>模板被实例化为以下代码:</p>
<pre><code class="language-cpp">class vector&lt;Widget, allocator&lt;Widget&gt;&gt; {
public:
void push_back(Widget&amp;&amp; x); //右值引用
};
</code></pre>
<p>现在你可以清楚地看到,函数<code>push_back</code>不包含任何类型推导。<code>push_back</code>对于<code>vector&lt;T&gt;</code>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-<code>T</code>的形参。</p>
<p>作为对比,<code>std::vector</code>内的概念上相似的成员函数<code>emplace_back</code>,却确实包含类型推导:</p>
<pre><code class="language-cpp">template&lt;class T, class Allocator = allocator&lt;T&gt;&gt; //依旧来自C++标准
class vector {
public:
template &lt;class... Args&gt;
void emplace_back(Args&amp;&amp;... args);
};
</code></pre>
<p>这儿,类型参数(<em>type parameter</em><code>Args</code>是独立于<code>vector</code>的类型参数<code>T</code>的,所以<code>Args</code>会在每次<code>emplace_back</code>被调用的时候被推导。(好吧,<code>Args</code>实际上是一个<a href="https://en.cppreference.com/w/cpp/language/parameter_pack"><em>parameter pack</em></a>,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。)</p>
<p>虽然函数<code>emplace_back</code>的类型参数被命名为<code>Args</code>,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“<code>T&amp;&amp;</code>”。你使用的名字<code>T</code>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(“<code>type&amp;&amp;</code>”)是正确的,并且<code>param</code>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)。</p>
<pre><code class="language-cpp">template&lt;typename MyTemplateType&gt; //param是通用引用
void someFunc(MyTemplateType&amp;&amp; param);
</code></pre>
<p>我之前提到,类型为<code>auto</code>的变量可以是通用引用。更准确地说,类型声明为<code>auto&amp;&amp;</code>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(<code>T&amp;&amp;</code>)。<code>auto</code>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<em>lambda</em>表达式可以声明<code>auto&amp;&amp;</code>类型的形参。举个例子如果你想写一个C++14标准的<em>lambda</em>表达式,来记录任意函数调用的时间开销,你可以这样写:</p>
<pre><code class="language-cpp">auto timeFuncInvocation =
[](auto&amp;&amp; func, auto&amp;&amp;... params) //C++14
{
start timer;
std::forward&lt;decltype(func)&gt;(func)( //对params调用func
std::forward&lt;delctype(params)&gt;(params)...
);
stop timer and record elapsed time;
};
</code></pre>
<p>如果你对<em>lambda</em>里的代码“<code>std::forward&lt;decltype(blah blah blah)&gt;</code>”反应是“这是什么鬼...?!”,只能说你可能还没有读<a href="https://github.com/kelthuzadx/EffectiveModernCppChinese/blob/master/6.LambdaExpressions/item33.md">Item33</a>。别担心。在本条款,重要的事是<em>lambda</em>表达式中声明的<code>auto&amp;&amp;</code>类型的形参。<code>func</code>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。<code>args</code>是0个或者多个通用引用即它是个通用引用<em>parameter pack</em>),它可以绑定到任意数目、任意类型的对象上。多亏了<code>auto</code>类型的通用引用,函数<code>timeFuncInvocation</code>可以对<strong>近乎任意</strong>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<a href="https://github.com/kelthuzadx/EffectiveModernCppChinese/blob/master/5.RRefMovSemPerfForw/item30.md">Item30</a>)。</p>
<p>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<strong>引用折叠</strong><em>reference collapsing</em><a href="https://github.com/kelthuzadx/EffectiveModernCppChinese/blob/master/5.RRefMovSemPerfForw/item28.md">Item28</a>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<code>T&amp;&amp;</code>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<a href="https://github.com/kelthuzadx/EffectiveModernCppChinese/blob/master/5.RRefMovSemPerfForw/item25.md">Item25</a><a href="https://github.com/kelthuzadx/EffectiveModernCppChinese/blob/master/5.RRefMovSemPerfForw/item26.md">26</a>,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。</p>
<p><strong>请记住:</strong></p>
<ul>
<li>如果一个函数模板形参的类型为<code>T&amp;&amp;</code>,并且<code>T</code>需要被推导得知,或者如果一个对象被声明为<code>auto&amp;&amp;</code>,这个形参或者对象就是一个通用引用。</li>
<li>如果类型声明的形式不是标准的<code>type&amp;&amp;</code>,或者如果类型推导没有发生,那么<code>type&amp;&amp;</code>代表一个右值引用。</li>
<li>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。</li>
</ul>
</main>
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