【重学C++】05 | 说透右值引用、移动语义、完美转发（下）

大家好，我是只讲技术干货的会玩code，今天是【重学C++】的第五讲，在第四讲《【重学C++】04 | 说透右值引用、移动语义、完美转发（上）》中，我们解释了右值和右值引用的相关概念，并介绍了C++的移动语义以及如何通过右值引用实现移动语义。今天，我们聊聊右值引用的另一大作用 -- 完美转发。

【资料图】

假设我们要写一个工厂函数，该工厂函数负责创建一个对象，并返回该对象的智能指针。

template std::shared_ptr factory_v1(Arg arg){return std::shared_ptr(new T(arg));}class X1 {public:int* i_p;X(int a) {i_p = new int(a);}}

对于类X的调用方来说，auto x1_ptr = factory_v1(5);应该与auto x1_ptr = std::shared_ptr(new X1(5))是完全一样的。

也就是说，工厂函数factory_v1对调用者是透明的。要达到这个目的有两个前提：

这个就是C++的完美转发。

单看factory_v1应用到X1貌似很"完美"，但既然是工厂函数，就不能只满足于一种类对象的应用。假设我们有类X2。定义如下

class X2 {public:X2(){}X2(X2& rhs) {std::cout << "copy constructor call" << std::endl;}}

现在大家再思考下面代码：

X2 x2 = X2();auto x2_ptr1 = factory_v1(x2);// output:// copy constructor call// copy constructor callauto x2_ptr2 = std::shared_ptr(x2)// output:// copy constructor call

可以发现，auto x2_ptr1 = factory_v1(x2);比 auto x2_ptr2 = std::shared_ptr(x2)多了一次拷贝构造函数的调用。

为什么呢？很简单，因为factory_v1的入参是值传递，所以x2在传入factory_v1时，会调用一次拷贝构造函数，创建arg。很直接的办法，把factory_v1的入参改成引用传递就好了，得到factory_v2。

template std::shared_ptr factory_v2(Arg& arg){return std::shared_ptr(new T(arg));}

改成引用传递后，auto x1_ptr = factory_v2(5);又会报错了。因为factory_v2需要传入一个左值，但字面量5是一个右值。

方法总比困难多，我们知道，C++的const X&类型参数，既能接收左值，又能接收右值，所以，稍加改造，得到factory_v3。

template std::shared_ptr factory_v3(const Arg& arg){return std::shared_ptr(new T(arg));}

factory_v3还是不够"完美"， 再看看另外一个类X3。

class X3 {public:X3(){}X3(X3& rhs) {std::cout << "copy constructor call" << std::endl;}X3(X3&& rhs) {std::cout << "move constructor call" << std::endl;}}

再看看以下使用例子

auto x3_ptr1 = factory_v3(X3());// output// copy constructor callauto x3_ptr2 = std::shared_ptr(new X3(X3()));// output// move constructor call

通过上一节我们知道，有名字的都是左值，所以factory_v3永远无法调用到T的移动构造函数。所以，factory_v3还是不满足完美转发。

给出完美转发的解决方案前，我们先来了解下C++中一种比较特殊的模版类型推导规则 - 万能引用。

// 模版函数签名template void foo(ParamType param);// 应用foo(expr);

模版类型推导是指根据调用时传入的expr，推导出模版函数foo中ParamType和param的类型。

类型推导的规则有很多，大家感兴趣可以去看看《Effective C++》[1]，这里，我们只介绍一种比较特殊的万能引用。 万能引用的模版函数格式如下：

templatevoid foo(T&& param);

万能引用的ParamType是T&&，既不能是const T&&，也不能是std::vector&&

万能引用的规则有三条：

看下面示例

templatevoid foo(T&& param);// x是一个左值int x=27;// cx是带有const的左值const int cx = x;// rx是一个左值引用const int& rx = cx;// x是左值，所以T是int&，param类型也是int&foo(x);// cx是左值，所以T是const int&，param类型也是const int&foo(cx);// rx是左值，所以T是const int&，param类型也是const int&foo(rx);// 27是右值，所以T是int，param类型就是int&&foo(27);

到此，完美转发的前置知识就已经讲完了，我们看看C++是如何利用std::forward实现完美转发的。

template std::shared_ptr factory_v4(Arg&& arg){   return std::shared_ptr(new T(std::forward(arg)));}

std::forward的定义如下

templateS&& forward(typename remove_reference::type& a) noexcept{  return static_cast(a);}

X x;auto a = factory_v4(x);

shared_ptr factory_v4(X& arg){   return shared_ptr(new A(std::forward(arg)));}X& std::forward(X& a) {  return static_cast(a);}

X createX();auto a = factory_v4(createX());

shared_ptr factory_v4(X&& arg){   return shared_ptr(new A(std::forward(arg)));}X&& forward(X& a) noexcept{  return static_cast(a);}