C++11中引入的一个非常重要的概念就是右值引用。理解右值引用是学习“移动语义”(move semantics)的基础。而要理解右值引用,就必须先区分左值与右值。
注意:左值右值翻译可能有些问题 *L-value中的L指的是location,表示可寻址。 *R-value中的R指的是read,表示可读。
对左值和右值的一个最常见的误解是:赋值运算符左边的就是左值,赋值运算符右边的就是右值。左值和右值都是针对表达式而言的,左值是指表达式结束后依然存在的持久化对象,右值是指表达式结束时就不再存在的临时对象。一个区分左值与右值的便捷方法是:看能不能对表达式取地址,如果能,则为左值,否则为右值。下面给出一些例子来进行说明:
1 int a = 10; 2 int b = 20; 3 int *ptr = &a; 4 vector<int> vec; 5 vec.push_back(1); 6 string str1 = "Hello "; 7 string str2 = "world"; 8 const int& m = 12;
请问,a、b、a+b、a++、++a、ptr、*ptr、vec[0]、100、string("Hello")、str1、str1+str2、m分别是左值还是右值?
a和b都是持久对象(可以对其取地址),是左值;
a+b是临时对象(不可以对其取地址),是右值;
a++是先取出持久对象a的一份拷贝,再使持久对象a的值加1,最后返回那份拷贝,而那份拷贝是临时对象(不可以对其取地址),故其是右值;
++a则是使持久对象a的值加1,并返回那个持久对象a本身(可以对其取地址),故其是左值;
ptr和*ptr都是持久对象(可以对其取地址),是左值;
vec[0]调用重载的[]操作符,而[]操作符返回的是一个int&,为持久对象(可以对其取地址),是左值;
100和string("Hello")是临时对象(不可以对其取地址),是右值;
str1是持久对象(可以对其取地址),是左值;
str1 + str2 是调用了+操作符,而+操作符返回的是一个string(不可以对其取地址),故其为右值;
m是一个常量引用,引用到一个右值,但引用本身是一个持久对象(可以对其取地址),为左值。
区分清楚了左值与右值,再来看看左值引用。左值引用根据其修饰符的不同,可以分为非常量左值引用和常量左值引用。
非常量左值引用只能绑定非常量左值,不能绑定常量左值、非常量右值和常量右值。如果允许绑定到常量左值和常量右值,则非常量左值引用可以用于修改常量左值和常量右值,这明显违反了常量的含义。如果允许绑定到非常量右值,则会导致非常危险的情况出现,因为非常量右值是一个临时对象,非常量左值引用可能会使用一个已经被销毁了的临时对象。
常量左值引用可以绑定到所有类型的值,包括非常量左值、常量左值、非常量右值和常量右值。
可以看出,使用左值引用时,无法区分出绑定的是否是非常量右值的情况。那么,为什么要对非常量右值进行区分呢,区分出来又有什么好处呢?这就牵涉到C++中一个著名的性能问题——拷贝临时对象。考虑下面的代码:
1 vector<int> GetAllScores() 2 { 3 vector<int> vctTemp; 4 vctTemp.push_back(90); 5 vctTemp.push_back(95); 6 return vctTemp; 7 }
当使用vector<int> vctScore = GetAllScores()进行初始化时,实际上调用了三次构造函数。尽管有些编译器可以采用RVO(Return Value Optimization)来进行初始化,但优化工作只在某些特定条件下才能进行。可以看到,上面很普通的一个函数调用,由于存在临时对象的拷贝,导致了额外的两次拷贝构造函数和析构函数的开销。当然,我们也可以修改函数的形式为void GetAllScores(vector<int> &vctScore),但这并不一定就是我们需要的形式。另外,考虑下面的字符串的链接操作:
1 string s1("hello"); 2 string s = s1 + "a" + "b" + "c" + "d" + "e";
在对s进行初始化时,会产生大量的临时变量,并涉及到大量字符串的拷贝操作,这显然会影响程序的效率和性能。怎么解决这个为题呢?如果能确定某个值是一个非常量右值(或者是一个以后不会再使用的左值),则在进行临时对象的拷贝时,可以不用拷贝实际的数据,而只是“窃取”指向实际数据的指针(类似于STL中的auto_ptr,会转移所有权)。C++11中引入的右值引用正好可用于标识一个非常量右值。C++11中用&表示左值引用,用&&表示右值引用,如:
int &&a = 10;
右值引用根据其修饰符的不同,也可以分为非常量右值引用和常量右值引用。
非常量右值引用只能绑定非常量右值,不能绑定到非常量左值、常量左值和常量右值。如果允许绑定到非常量左值,则可能会错误地窃取一个持久对象的数据,而这是非常危险的;如果允许绑定到常量左值和常量右值,则非常量右值引用可以用于修改常量左值和常量右值,这明显违反了其常量的含义。
常量右值引用可以绑定到非常量右值和常量右值,不能绑定到非常量左值和常量左值(理由同上)。
有了右值引用的概念,我们就可以用它来实现下面的CMyString类。
1 class CMyString 2 { 3 public: 4 CMyString(const char* str = nullptr) 5 //构造函数 6 { 7 cout << "CMyString(const char *str = nullptr)" << endl; 8 if (str == nullptr) 9 { 10 m_pData = new char[1]; 11 *m_pData = '