cannot convert ‘a’ (type ‘int’) to type ‘int&&’

背景

启用C++11编译老代码的时候，g++报错。示例代码以下：

#include <utility>

int main() {
  int a = 0;
  auto b = std::make_pair<int, int>(a, 1);

  return 0;
}

出错信息：

test.cpp: In function ‘int main()’:
test.cpp:5:41: error: no matching function for call to ‘make_pair(int&, int)’
   auto b = std::make_pair<int, int>(a, 1);
                                         ^
test.cpp:5:41: note: candidate is:
In file included from /usr/include/c++/4.8/utility:70:0,
                 from test.cpp:1:
/usr/include/c++/4.8/bits/stl_pair.h:276:5: note: template<class _T1, class _T2> constexpr std::pair<typename std::__decay_and_strip<_Tp>::__type, typename std::__decay_and_strip<_T2>::__type> std::make_pair(_T1&&, _T2&&)
     make_pair(_T1&& __x, _T2&& __y)
     ^
/usr/include/c++/4.8/bits/stl_pair.h:276:5: note:   template argument deduction/substitution failed:
test.cpp:5:41: note:   cannot convert ‘a’ (type ‘int’) to type ‘int&&’
   auto b = std::make_pair<int, int>(a, 1);
                                         ^

为什么启用C++11后编译出错了？

从出错信息里已经能够看到C++11版本std::make_pair的原型为：

template<class _T1, class _T2>
std::make_pair(_T1&&, _T2&&);

因为代码里直接指定了类型，因而std::make_pair实例化为：

std::make_pair(int&&, int&&);

即std::make_pair接受两个int类型的右值，因为变量a不是右值，因而报错。就好比下面这条语句不能编译经过同样：

int &&b = a; // error: cannot bind ‘int’ lvalue to ‘int&&’

事实上，示例代码里并非std::make_pair的正确用法，正确的用法是无需指定类型，让编译器自动推导，即：

auto b = std::make_pair(a, 1);

那为何这样就能编译经过呢？

右值引用的两个规则

模板参数的推导规则

若模板函数的参数类型为右值引用，如：

template<typename T>
void foo(T&&);

那么T的推导规则为：当‍‍foo‍‍的实参是A类型的左值时，‍‍T‍‍的类型是‍‍A&‍‍；当‍‍foo‍‍的是实参是‍‍A‍‍类型的右值时，‍‍T‍‍的类型是‍‍A‍‍。

引用折叠规则

根据上一条规则，当‍‍foo‍‍的实参为‍‍A‍‍类型的左值时，‍‍foo‍‍将变成：

void foo(A& &&);

出现了引用的引用。在C++里，引用的引用是不存在的。为了解决这个问题，C++11引入了引用折叠规则，对于因为类型推导而出现的引用的引用，根据如下规则折叠：

A& &   => A&
A& &&  => A&
A&& &  => A&
A&& && => A&&

因此当‍‍foo‍‍的实参为‍‍A‍‍类型的左值时，‍‍foo‍‍事实上会变成：

void foo(A&);

而对于‍‍std::make_pair‍‍的例子，当不显式指定类型时，根据以上两个规则，‍‍std::make_pair‍‍将被实例化成：

std::make_pair(int&, int);

和实参类型匹配，因而编译经过。

右值引用看似简单，实际上是有不少点须要特别注意的。Scott Meyers都认为这是C++11里面最重要的特性，而且容易搞混。

参考文章

C++ Rvalue References Explained, by Thomas Becker[这篇文章的译文在这里]

Universal References in C++11, by Scott Meyers

A Brief Introduction to Rvalue References, by Howard E. Hinnant, Bjarne Stroustrup, and Bronek Kozicki