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## 条款二十四：区分通用引用与右值引用
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**Item 24: Distinguish universal references from rvalue references**
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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）”。
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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:
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```cpp
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void f(Widget&& param); //右值引用
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Widget&& var1 = Widget(); //右值引用
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auto&& var2 = var1; //不是右值引用
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template<typename T>
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void f(std::vector<T>&& param); //右值引用
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template<typename T>
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void f(T&& param); //不是右值引用
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```
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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。
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“`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](https://github.com/kelthuzadx/EffectiveModernCppChinese/blob/master/5.RRefMovSemPerfForw/item25.md)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*））。
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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：
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```cpp
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template<typename T>
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void f(T&& param); //param是一个通用引用
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```
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第二种情况是`auto`声明符，它是从以上示例中拿出的：
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```cpp
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auto&& val2 = var1; //var2是一个通用引用
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```
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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：
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```cpp
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void f(Widget&& param); //没有类型推导，
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//param是一个右值引用
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Widget&& var1 = Widget(); //没有类型推导，
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//var1是一个右值引用
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```
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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：
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```cpp
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template<typename T>
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void f(T&& param); //param是一个通用引用
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Widget w;
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f(w); //传递给函数f一个左值；param的类型
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//将会是Widget&，也即左值引用
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f(std::move(w)); //传递给f一个右值；param的类型会是
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//Widget&&，即右值引用
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```
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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：
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```cpp
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template <typename T>
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void f(std::vector<T>&& param); //param是一个右值引用
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```
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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:
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```cpp
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std::vector<int> v;
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f(v); //错误！不能将左值绑定到右值引用
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```
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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:
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```cpp
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template <typename T>
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void f(const T&& param); //param是一个右值引用
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```
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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`：
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```cpp
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template<class T, class Allocator = allocator<T>> //来自C++标准
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class vector
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{
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public:
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void push_back(T&& x);
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…
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}
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```
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`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，
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```cpp
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std::vector<Widget> v;
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```
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将会导致`std::vector`模板被实例化为以下代码：
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```cpp
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class vector<Widget, allocator<Widget>> {
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public:
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void push_back(Widget&& x); //右值引用
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…
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};
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```
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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。
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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:
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```cpp
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template<class T, class Allocator = allocator<T>> //依旧来自C++标准
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class vector {
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public:
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template <class... Args>
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void emplace_back(Args&&... args);
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…
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};
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```
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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*](https://en.cppreference.com/w/cpp/language/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。）
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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）。
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```cpp
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template<typename MyTemplateType> //param是通用引用
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void someFunc(MyTemplateType&& param);
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```
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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：
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```cpp
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auto timeFuncInvocation =
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[](auto&& func, auto&&... params) //C++14
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{
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start timer;
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std::forward<decltype(func)>(func)( //对params调用func
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std::forward<delctype(params)>(params)...
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);
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stop timer and record elapsed time;
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};
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```
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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](https://github.com/kelthuzadx/EffectiveModernCppChinese/blob/master/6.LambdaExpressions/item33.md)。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](https://github.com/kelthuzadx/EffectiveModernCppChinese/blob/master/5.RRefMovSemPerfForw/item30.md))。
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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](https://github.com/kelthuzadx/EffectiveModernCppChinese/blob/master/5.RRefMovSemPerfForw/item28.md)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](https://github.com/kelthuzadx/EffectiveModernCppChinese/blob/master/5.RRefMovSemPerfForw/item25.md)和[26](https://github.com/kelthuzadx/EffectiveModernCppChinese/blob/master/5.RRefMovSemPerfForw/item26.md)，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。
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**请记住：**
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- 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。
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- 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。
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- 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。
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