C++11:左值引用与右值引用
C++11:左值引用与右值引用
在 C++11 的新标准中,出现了「右值引用」的说法,既然有了右值引用,那么传统的引用也就叫做左值引用。
右值引用 (Rvalue Referene) 是 C++ 新标准 (C++11, 11 代表 2011 年 ) 中引入的新特性 , 它实现了转移语义 (Move Sementics) 和精确传递 (Perfect Forwarding)。它的主要目的有两个方面:
- 消除两个对象交互时不必要的对象拷贝,节省运算存储资源,提高效率。
- 能够更简洁明确地定义泛型函数。
左值与右值的定义
C++( 包括 C) 中所有的表达式和变量要么是左值,要么是右值。通俗的左值的定义就是非临时对象,那些可以在多条语句中使用的对象。所有的变量都满足这个定义,在多条代码中都可以使用,都是左值。右值是指临时的对象,它们只在当前的语句中有效。请看下列示例 :
-
简单的赋值语句
如:int i = 0;
在这条语句中,i 是左值,0 是临时值,就是右值。在下面的代码中,i 可以被引用,0 就不可以了。立即数都是右值。
-
右值也可以出现在赋值表达式的左边,但是不能作为赋值的对象,因为右值只在当前语句有效,赋值没有意义。
如:
((i>0) ? i : j) = 1;
在这个例子中,0 作为右值出现在了”=”的左边。但是赋值对象是 i 或者 j,都是左值。
在 C++11 之前,右值是不能被引用的,最大限度就是用常量引用绑定一个右值,如 :
const int &a = 1;
在这种情况下,右值不能被修改的。但是实际上右值是可以被修改的,如 :
T().set().get();
T 是一个类,set 是一个函数为 T 中的一个变量赋值,get 用来取出这个变量的值。在这句中,T() 生成一个临时对象,就是右值,set() 修改了变量的值,也就修改了这个右值。
既然右值可以被修改,那么就可以实现右值引用。右值引用能够方便地解决实际工程中的问题,实现非常有吸引力的解决方案。
左值引用
本小节,谈「引用」与「左值引用」同义。
- 具名变量的别名:
类型名 & 引用名 变量名
- 例如:
int v0; int & v1 = v0;
其中 v1 是变量 v0 的引用,他们再内存单元中是同一单元中两个不同的名字。
- 例如:
- 引用必须在定义时进行初始化
- 被引用变量名可以是结构变量成员,如
S.m
- 函数参数可以是引用类型,表示函数的形式参数与实际参数是同一个变量,改变形参将改变实参
- 函数返回值可以是引用类型,但不得是函数的临时变量。
引用的定义格式:
数据类型& 变量名称 = 被引用变量名称; int a; int& ref = a;
引用的性质:
- 引用类型的变量,不占用单独的存储空间
- 为另一数据对象起别名,与该对象同享存储空间
- 对引用变量类型的操作就是对被引用变量的操作
引用的重要用途:
作为函数参数
- 参数传递机制,引用传递,直接修改实际参数值
- 使用格式
返回值类型 函数名称(类型 & 参数名称)
常量引用:既能引用常量,不能通过引用改变目标对象值;引用本身也不能改变引用对象
引用作为函数返回值时不生成副本
函数示例:
#include <bits/stdc++.h> using namespace std; int &Inc(int &dest, const int &alpha) { dest += alpha; return dest; } int main() { int a = 10, b = 20, c; c = Inc(a, b)++; printf("a=%d,b=%d,c=%d\n", a, b, c); return 0; }
这个函数首先把 b 累加到 a 上去,然后返回的是 a ,最后给 c 赋值之后,再给 a 加 1 .
右值引用
右值引用是 C++11 新标准里面新增加的一种引用类型。
右值引用:
-
右值:不能取地址的、没有名字的就是「右值」
-
匿名变量(临时变量)的别名:
类型名 && 引用名 表达式;
-
例如:
int && sum = 3 + 4;//初值是3 + 4 这个表达式 float && res = ReturnRvalue(f1,f2);
-
右值引用的典型应用是在函数参数中,例如:
void AcceptRvalueRef(T&& s){...}
目的是:减少函数拷贝开销
左值和右值:
左值的声明符号为&
, 为了和左值区分,右值的声明符号为&&
。
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
void process_value(int &i)
{
std::cout << "LValue processed: " << i << std::endl;
}
void process_value(int &&i)
{
std::cout << "RValue processed: " << i << std::endl;
}
int main()
{
int a = 0;
process_value(a);
process_value(1);
}
运行结果:
LValue processed: 0
RValue processed: 1
Process_value 函数被重载,分别接受左值和右值。由输出结果可以看出,临时对象是作为右值处理的。
但是如果临时对象通过一个接受右值的函数传递给另一个函数时,就会变成左值,因为这个临时对象在传递过程中,变成了命名对象。比如:
#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
void process_value(int &i)
{
std::cout << "LValue processed: " << i << std::endl;
}
void process_value(int &&i)
{
std::cout << "RValue processed: " << i << std::endl;
}
void forward_value(int &&i)
{
process_value(i);
}
int main()
{
int a = 0;
process_value(a);
process_value(1);
forward_value(2);
}
结果:
LValue processed: 0
RValue processed: 1
LValue processed: 2
虽然 2 这个立即数在函数 forward_value 接收时是右值,但到了 process_value 接收时,变成了左值。
作用
前面说了那么多,那么右值引用的意义到底体现在哪里呢,明明我不用引用也可以实现,为什么要用右值引用呢,因为在对性能要求较高时,我们必须减少不必要的内存消耗,节省存储资源,比如以下例子:
#include <iostream>
using namespace std;
int g_constructCount = 0;
int g_copyConstructCount = 0;
int g_destructCount = 0;
struct A
{
A()
{
cout << "construct: " << ++g_constructCount << endl;
}
A(const A &a)
{
cout << "copy construct: " << ++g_copyConstructCount << endl;
}
~A()
{
cout << "destruct: " << ++g_destructCount << endl;
}
};
A GetA()
{
return A();
}
int main()
{
A a = GetA();
return 0;
}
为了观察清楚这个程序真正的变化,再编译的时候加上-fno-elide-constructors
关闭返回值优化效果。
输出结果:
construct: 1
copy construct: 1
destruct: 1
copy construct: 2
destruct: 2
destruct: 3
很清楚的可以看到,在没有返回值优化的情况下,拷贝构造函数调用了两次,一次是GetA()函数内部创建的对象返回出来构造一个临时对象产生的,另一次是在main函数中构造a对象产生的。第二次的destruct是因为临时对象在构造a对象之后就销毁了。
那么我们把这个程序稍微改改,如果用右值引用来绑定函数返回值的话,结果会是什么样子呢?首先修改代码
int main()
{
A &&a = GetA();
return 0;
}
输出结果:
construct: 1
copy construct: 1
destruct: 1
destruct: 2
通过右值引用,比之前少了一次拷贝构造和一次析构,原因在于右值引用绑定了右值,让临时右值的生命周期延长了。
所以,通过右值引用,可以让一个临时对象重获新生,在它完成任务时不用被销毁,而是生存期与引用他的那个变量一样长
参考
关于右值引用,更深入的请参考以下链接:
以及一个知乎问题:
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