c++ 左值、右值、左值引用、右值引用，std::move，std::forward

1、左值和右值

左值：指有名字的变量，可以被赋值，可以在多条语句中使用。

右值：临时变量，没有名字，只能在一条语句中出现，不能被赋值。

2、左值引用

左值引用：符号‘&’，是变量的别名。

3、右值引用

右值引用：为了和左值区分，右值的声明符号为‘&&’。

#include <iostream>

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); 
}

结果如下

wxl@dev:~$ g++ -std=c++11  test.cpp
wxl@dev:~$ ./a.out 
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。

下面涉及到一个问题： 
x的类型是右值引用，指向一个右值，但x本身是左值还是右值呢？C++11对此做出了区分：

Things that are declared as rvalue reference can be lvalues or rvalues. The distinguishing criterion is: if it has a name, then it is an lvalue. Otherwise, it is an rvalue.

对上面的程序稍作修改就可以印证这个说法

#include <iostream>

void process_value(int& i) 
{ 
  std::cout << "LValue processed: " << i << std::endl; 
} 

void process_value(int&& i) 
{ 
  std::cout << "RValue processed: "  << std::endl; 
} 

int main() 
{ 
  int a = 0; 
  process_value(a);
  int&& x = 3;
  process_value(x); 
}

结果如下：

wxl@dev:~$ g++ -std=c++11  test.cpp
wxl@dev:~$ ./a.out 
LValue processed: 0
LValue processed: 3

x 是一个右值引用，指向一个右值3，但是由于x是有名字的，所以x在这里被视为一个左值，所以在函数重载的时候选择为第一个函数。

4、右值引用的意义

直观意义：为临时变量续命，也就是为右值续命，因为右值在表达式结束后就消亡了，如果想继续使用右值，那就会动用拷贝构造函数。（参考《深入理解C++11》）

右值引用是用来支持移动语义的。移动语义可以将资源（堆，系统对象等）从一个对象转移到另一个对象，这样能够减少不必要的临时对象的创建、拷贝以及销毁，能够大幅度提高提高C++应用程序的性能。临时对象的维护（创建和销毁）对性能有严重影响。

移动语义和拷贝语义是相对的，可以类比文件的剪切和拷贝。

通过移动语义，将临时对象的资源能够转移到其他的对象里。

因此可以在现有C++机制中，定义移动构造函数和移动赋值操作符。对于右值的拷贝和赋值会调用移动构造函数和移动赋值操作符，如果未定义，则会遵循现有的机制，调用拷贝构造函数和赋值操作符。

普通函数和操作符也可以利用右值引用操作符实现移动语义。

以一个简单的 string 类为示例，实现拷贝构造函数和拷贝赋值操作符。

 class MyString { 
 private: 
  char* _data; 
  size_t   _len; 
  void _init_data(const char *s) { 
    _data = new char[_len+1]; 
    memcpy(_data, s, _len); 
    _data[_len] = ''; 
  } 
 public: 
  MyString() { 
    _data = NULL; 
    _len = 0; 
  } 

  MyString(const char* p) { 
    _len = strlen (p); 
    _init_data(p); 
  } 

  MyString(const MyString& str) { 
    _len = str._len; 
    _init_data(str._data); 
    std::cout << "Copy Constructor is called! source: " << str._data << std::endl; 
  } 

  MyString& operator=(const MyString& str) { 
    if (this != &str) { 
      _len = str._len; 
      _init_data(str._data); 
    } 
    std::cout << "Copy Assignment is called! source: " << str._data << std::endl; 
    return *this; 
  } 

  virtual ~MyString() { 
    if (_data) free(_data); 
  } 
 }; 

 int main() { 
  MyString a; 
  a = MyString("Hello"); 
  std::vector<MyString> vec; 
  vec.push_back(MyString("World")); 
 }

结果如下：

 Copy Assignment is called! source: Hello 
 Copy Constructor is called! source: World

这个 string 类已经基本满足我们演示的需要。在 main 函数中，实现了调用拷贝构造函数的操作和拷贝赋值操作符的操作。MyString(“Hello”) 和 MyString(“World”) 都是临时对象，也就是右值。虽然它们是临时的，但程序仍然调用了拷贝构造和拷贝赋值，造成了没有意义的资源申请和释放的操作。如果能够直接使用临时对象已经申请的资源，既能节省资源，有能节省资源申请和释放的时间。这正是定义转移语义的目的。

我们先定义转移构造函数。

  MyString(MyString&& str) { 
    std::cout << "Move Constructor is called! source: " << str._data << std::endl; 
    _len = str._len; 
    _data = str._data; 
    str._len = 0; 
    str._data = NULL; 
 }

有下面几点需要对照代码注意： 
1. 参数（右值）的符号必须是右值引用符号，即“&&”。 
2. 参数（右值）不可以是常量，因为我们需要修改右值。 
3. 参数（右值）的资源链接和标记必须修改。否则，右值的析构函数就会释放资源。转移到新对象的资源也就无效了。

现在我们定义转移赋值操作符。

  MyString& operator=(MyString&& str) { 
    std::cout << "Move Assignment is called! source: " << str._data << std::endl; 
    if (this != &str) { 
      _len = str._len; 
      _data = str._data; 
      str._len = 0; 
      str._data = NULL; 
    } 
    return *this; 
 }

这里需要注意的问题和转移构造函数是一样的。 
增加了转移构造函数和转移复制操作符后，我们的程序运行结果为 :

由此看出，编译器区分了左值和右值，对右值调用了转移构造函数和转移赋值操作符。节省了资源，提高了程序运行的效率。 
有了右值引用和转移语义，我们在设计和实现类时，对于需要动态申请大量资源的类，应该设计转移构造函数和转移赋值函数，以提高应用程序的效率。

5、std::move std::forward

关于std::move()和std::forward 再次推荐一本书：《effective modern C++》 

1、std::move执行一个无条件的转化到右值。它本身并不移动任何东西；

2、std::forward把其参数转换为右值，仅仅在那个参数被绑定到一个右值时；

3、std::move和std::forward在运行时（runtime）都不做任何事

参考：

资源1

资源2