左值右值的一点总结

再次来写左值右值相关的东西个人心里是十分惴惴不安的，一来这些相关的概念十分很差理解，二来网上相关的文章实在太多了，多少人一看这类题目便大摇其头，三来也怕说不清反而误导了别人，反复纠缠这些彷佛无关大雅的语言细节实在也有成为 language lawyer 之嫌。但我仍是决定再总结一次，由于这是我一直以来学习新东西的一种方式，只有把学到的东西真正写清楚说明白了才是真的理解了，再者也但愿本身的经验总结能帮助到有一样困惑的人。

左值右值

咱们一直说左值右值，从 c++ 的术语角度来看，这其实并不十分准确，确切地说应该是左值表达式，右值表达式：表达式是有值的，值是有类型的，值是动态的，类型是静态的，这是基本的概念。而咱们说的左值右值，是对值的一种分类，这两个称呼也是从 c 时代遗传下来的：左值是指能出如今等号左边的值，右值是指只能出如今等号右边的值。简单来讲，左值就是咱们平时定义的变量，右值就是一些临时变量。但到了 c++11，这个分类被细化扩充了，以下所示[N3690,3.10.1]:

所以：

一个表达式要么是一个 glvalue(generalized lvalue)，要么是一个 rvalue；一个 glvalue 要么是一个 lvalue，要么是一个 xvalue(expiring value)；一个 rvalue 要么是一个 xvalue，要么是一个 prvalue (pure rvalue)。

乍一看好像状况变得好复杂，其实不是，图中所说 lvalue 与 c 时代的 lvalue 几乎表达一个意思(不妨称为纯左值)，prvalue 与 c 时代的 rvalue 也几乎表达一个意思，所谓纯右值 (pure rvalue)，只是多了一个 xvalue，一个介于纯左传与纯右值之间的奇怪物种。本质上来讲，xvalue 是 c 时代的 lvalue，它不是中间变量临时变量之类的没有名字的纯右值，之因此再创造出这样一个新的值类型是由于有些时候，咱们但愿可以将一个纯左值当成临时变量(纯右值)同样来使用，这种被当成纯右值来使用的左值就是 xvalue，提及来很绕，本质上 xvalue 就是一些从程序逻辑上看要 "过期" 的变量(expiring value)，它的名字也正是取义自这里。

xvalue 只能经过两种方式来得到，这两种方式都涉及到将一个左值赋给（转化为）一个右值引用[N3690,3.10.1]：

1. 强制类型转化为右值引用，如 static_cast<T&&>(t); 该表达式获得一个 xvalue。
2. 返回类型为右值引用的函数调用，如, T&& fun() { return t; };， 则调用 fun() 时， 返回一个 xvalue。

对于第 2 点，有一个与之相似的写法值得你们注意：若是一个函数的返回类型是左值引用，那么调用这个函数获得的返回值将是一个 lvalue[N3690,3.10.1]，之因此特别地说这个事，是由于若是一个函数的返回值不是引用类型，那调用这个函数获得的结果将是一个临时变量，是个右值，并且是纯右值(prvalue)，嗯，不要搞昏了。

值与引用

这是另外两个容易混为一谈的概念，引用在 c++ 里是一个很特别的东西，就个人理解，确切地说引用应是一种类型，和 int, float 等相似，好比说 T& t = v;, 则 t 是一个变量，它的类型是引用，指向一个左值，所以也称为左值引用，因此 t 自己是一个左值，类型是一个左值引用。与此相对应，咱们也有右值引用: T&& t2 = fun();，一样的 t2 是一个左值，但它的类型是右值引用。因此，咱们平时说的"引用"确切来讲应该称做"引用变量"才准确，与"整型变量","字符变量"相对(N3690, 8.5.3.1)。固然引用变量这个说法比较牵强(甚至有些政治不正确)，毕竟它和通常变量相比实在太不类似了，好比它通常不占内存，好比对它取地址，获得的不是变量自己的地址，好比定义时必须初始化，且不能再次被赋值等等特殊之处，怎么看都是异类。不少人倾向于把引用与指针并论来理解，它们其实也不大同样，虽然实现上基本能够认为引用是一个由编译器自动帮你解引用(deference)的指针。

须要注意的是，左值引用变量只能用左值(lvalue)来初始化，右值引用变量只能用右值(xvalue 及 prvalue)来初始化，惟一的例外是 const 类型的左值引用，它也能用右值来初始化。值得注意的是，引用对临时变量的生命周期是有影响的，如前面所说，临时变量是右值，当一个临时变量被一个引用(const 左值引用或右值引用)指向时，它的生命周期会被延长[N3690,12.2.5]。

关于右值引用，还有一个很容易让人迷惑的语义须要说一说，写法上定义一个右值引用变量的语法如右所示:some_type&& rv_ref = some_rvalue;，但这里要求 somt_type 必须是一个具体的完整的类型，而不能是模板参数，auto，或 decltype 等须要推导的类型，若是 T 是一个须要推导的类型，则 T&& u_t_ref 称为 universal reference 或 forwarding reference，根据 reference collapsing 原则及右值引用推导原则，u_t_ref 最后既多是左值引用也多是右值引用，具体能够参看这里。

move 与 forward

接下来是不少人特别关心的 std::move() 与 std::forward()，对这俩偏偏想总结的却很少，总的来讲，以个人浅见，std::move() 的主要做用是将一个左值转为 xvalue, 它的实现，本质上就是一个 static_cast<>。而 std::forward() 则是用来配合 forwarding reference 实现完美转发，它主要的做用是将一个类型为引用(左值引用或右值引用)的左值，转化为它的类型所对应的值类型，这个说法实在是太没法理解太不知所云了哈哈，因此我放弃用本身的话来解释了，请参看 cppreference 上的例子。

move 语义

move 语义是一个你们必定要注意，接受，掌握，并理解好的东西。过去使用 c++ 98/03 咱们常说 rule of three，便是：若是一个类定义了析构函数，拷贝构造函数，赋值构造函数之一，那么这三个函数都应该要明肯定义，目的是为了确保该类的拷贝语义被正确地处理。

到了 c++11，这个 rule of three 得改为 rule of five。咱们知道，一个类若是定义了拷贝构造函数和赋值构造函数，则咱们称它为 copyable 的类。同理，若是一个类定义了 move constructor 和 move assignment operator，那么咱们称它为 movable 的类。从使用上来讲，右值引用是一个很 tricky 的东西，它的正确使用场合应该只有两个：一个是为自定义类型实现 move 语义，一个是配合 forwarding reference 来实现完美转发。当你考虑写一个以右值引用做为参数类型的通常函数时，每每这是错误的开始，正确的做法是为相应的类型定义 move 语义，具备 move 语义的类型在做为参数传递时，要么直接传值(sink parameter)，要么传 const 左值引用(read only)，根本不须要右值引用这种 tricky 的东西。

所以，可以在适当时候为自定义类型实现 move 语义是一个基本素质，就正如之前处理 copy 语义同样(会不会将一个类继承自 boost::noncopyable 也是基本素质)。STL 中全部的容器算法都妥善定义了对适用类型 move 语义的要求，如只适用于 copyable，或只适用于 movable 等，容器自己更都是 movable 的。通常来讲，move 是一个更轻量的操做，对容器其实更友好（内部 copy 能够改成 move，效率更高)，好比 vector<>，之前要求其所保存类型必须 copyable，如今 c++11 之后，只 movable(且 noexcept)的类型也被容许了(固然此时用户就不能调用那些须要 copy 的操做了)。因此，明肯定义好自定义类型的 move 语义，意义是很大的。