前言

在探討c++11中的Move函數(shù)前，先介紹兩個概念（左值和右值）

左值和右值

首先區(qū)分左值和右值

左值是表達(dá)式結(jié)束后依然存在的持久對象(代表一個在內(nèi)存中占有確定位置的對象)

右值是表達(dá)式結(jié)束時(shí)不再存在的臨時(shí)對象(不在內(nèi)存中占有確定位置的表達(dá)式）

便攜方法：對表達(dá)式取地址，如果能，則為左值，否則為右值

int val;
val = 4; // 正確 ①
4 = val; // 錯誤 ②

上述例子中，由于在之前已經(jīng)對變量val進(jìn)行了定義，故在棧上會給val分配內(nèi)存地址，運(yùn)算符=要求等號左邊是可修改的左值，4是臨時(shí)參與運(yùn)算的值，一般在寄存器上暫存，運(yùn)算結(jié)束后在寄存器上移除該值，故①是對的，②是錯的

左值引用

右值引用

std::move函數(shù)

• std::move作用主要可以將一個左值轉(zhuǎn)換成右值引用，從而可以調(diào)用C++11右值引用的拷貝構(gòu)造函數(shù)
• std::move應(yīng)該是針對你的對象中有在堆上分配內(nèi)存這種情況而設(shè)置的，如下

remove_reference源碼剖析

在分析std::move()與std::forward()之前，先看看remove_reference，下面是remove_reference的實(shí)現(xiàn)：

template<typename _Tp>
struct remove_reference
{ typedef _Tp   type; };
 
// 特化版本
template<typename _Tp>
struct remove_reference<_Tp&>
{ typedef _Tp   type; };
 
template<typename _Tp>
struct remove_reference<_Tp&&>
{ typedef _Tp   type; };

remove_reference的作用是去除T中的引用部分，只獲取其中的類型部分。無論T是左值還是右值，最后只獲取它的類型部分。

std::forward源碼剖析

轉(zhuǎn)發(fā)左值

template<typename _Tp>
constexpr _Tp&&
forward(typename std::remove_reference<_Tp>::type& __t) noexcept
{ return static_cast<_Tp&&>(__t); }

先通過獲得類型type，定義_t為左值引用的左值變量，通過static_cast進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。_Tp&&會發(fā)生引用折疊，當(dāng)_Tp推導(dǎo)為左值引用，則折疊為_Tp& &&，即_Tp&，當(dāng)推導(dǎo)為右值引用，則為本身_Tp&&，即forward返回值與static_cast處都為_Tp&&。

轉(zhuǎn)發(fā)右值

template<typename _Tp>
constexpr _Tp&&
forward(typename std::remove_reference<_Tp>::type&& __t) noexcept
{
  static_assert(!std::is_lvalue_reference<_Tp>::value, "template argument"
        " substituting _Tp is an lvalue reference type");
  return static_cast<_Tp&&>(__t);
}

不同于轉(zhuǎn)發(fā)左值，_t為右值引用的左值變量，除此之外中間加了一個斷言，表示當(dāng)不是左值的時(shí)候，也就是右值，才進(jìn)行static_cast轉(zhuǎn)換。

std::move()源碼剖析

// FUNCTION TEMPLATE move
template <class _Ty>
_NODISCARD constexpr remove_reference_t<_Ty>&& move(_Ty&& _Arg) noexcept { // forward _Arg as movable
    return static_cast<remove_reference_t<_Ty>&&>(_Arg);
}

std::move的功能是：

• 傳遞的是左值，推導(dǎo)為左值引用，仍舊static_cast轉(zhuǎn)換為右值引用。
• 傳遞的是右值，推導(dǎo)為右值引用，仍舊static_cast轉(zhuǎn)換為右值引用。
• 在返回處，直接范圍右值引用類型即可。還是通過renive_reference獲得_Tp類型，然后直接type&&即可。

所以std::remove_reference<_Tp>::type&&，就是一個右值引用，我們就知道了std::move干的事情了。

小結(jié)

• 在《Effective Modern C++》中建議：對于右值引用使用std::move，對于萬能引用使用std::forward。
• std::move()與std::forward()都僅僅做了類型轉(zhuǎn)換(可理解為static_cast轉(zhuǎn)換)而已。真正的移動操作是在移動構(gòu)造函數(shù)或者移動賦值操作符中發(fā)生的
• 在類型聲明當(dāng)中， “&&” 要不就是一個 rvalue reference ，要不就是一個 universal reference – 一種可以解析為lvalue reference或者rvalue reference的引用。對于某個被推導(dǎo)的類型T，universal references 總是以 T&& 的形式出現(xiàn)。
• 引用折疊是 會讓 universal references (其實(shí)就是一個處于引用折疊背景下的rvalue references ) 有時(shí)解析為 lvalue references 有時(shí)解析為 rvalue references 的根本機(jī)制。引用折疊只會在一些特定的可能會產(chǎn)生"引用的引用"場景下生效。這些場景包括模板類型推導(dǎo)，auto 類型推導(dǎo)， typedef 的形成和使用，以及decltype 表達(dá)式。

std::move使用場景

在實(shí)際場景中，右值引用和std::move被廣泛用于在STL和自定義類中實(shí)現(xiàn)移動語義，避免拷貝，從而提升程序性能。 在沒有右值引用之前，一個簡單的數(shù)組類通常實(shí)現(xiàn)如下，有構(gòu)造函數(shù)、拷貝構(gòu)造函數(shù)、賦值運(yùn)算符重載、析構(gòu)函數(shù)等。深拷貝/淺拷貝在此不做講解。

class Array {
public:
    Array(int size) : size_(size) {
        data = new int[size_];
    }
     
    // 深拷貝構(gòu)造
    Array(const Array& temp_array) {
        size_ = temp_array.size_;
        data_ = new int[size_];
        for (int i = 0; i < size_; i ++) {
            data_[i] = temp_array.data_[i];
        }
    }
     
    // 深拷貝賦值
    Array& operator=(const Array& temp_array) {
        delete[] data_;
 
        size_ = temp_array.size_;
        data_ = new int[size_];
        for (int i = 0; i < size_; i ++) {
            data_[i] = temp_array.data_[i];
        }
    }
 
    ~Array() {
        delete[] data_;
    }
 
public:
    int *data_;
    int size_;
};

該類的拷貝構(gòu)造函數(shù)、賦值運(yùn)算符重載函數(shù)已經(jīng)通過使用左值引用傳參來避免一次多余拷貝了，但是內(nèi)部實(shí)現(xiàn)要深拷貝，無法避免。 這時(shí)，有人提出一個想法：是不是可以提供一個移動構(gòu)造函數(shù)，把被拷貝者的數(shù)據(jù)移動過來，被拷貝者后邊就不要了，這樣就可以避免深拷貝了，如：

class Array {
public:
    Array(int size) : size_(size) {
        data = new int[size_];
    }
     
    // 深拷貝構(gòu)造
    Array(const Array& temp_array) {
        ...
    }
     
    // 深拷貝賦值
    Array& operator=(const Array& temp_array) {
        ...
    }
 
    // 移動構(gòu)造函數(shù)，可以淺拷貝
    Array(const Array& temp_array, bool move) {
        data_ = temp_array.data_;
        size_ = temp_array.size_;
        // 為防止temp_array析構(gòu)時(shí)delete data，提前置空其data_      
        temp_array.data_ = nullptr;
    }
     
 
    ~Array() {
        delete [] data_;
    }
 
public:
    int *data_;
    int size_;
};

這么做有2個問題：

• 不優(yōu)雅，表示移動語義還需要一個額外的參數(shù)(或者其他方式)。
• 無法實(shí)現(xiàn)！temp_array是個const左值引用，無法被修改，所以temp_array.data_ = nullptr;這行會編譯不過。當(dāng)然函數(shù)參數(shù)可以改成非const：Array(Array& temp_array, bool move){...}，這樣也有問題，由于左值引用不能接右值，Array a = Array(Array(), true);這種調(diào)用方式就沒法用了。

可以發(fā)現(xiàn)左值引用真是用的很不爽，右值引用的出現(xiàn)解決了這個問題，在STL的很多容器中，都實(shí)現(xiàn)了以右值引用為參數(shù)的移動構(gòu)造函數(shù)和移動賦值重載函數(shù)，或者其他函數(shù)，最常見的如std::vector的push_back和emplace_back。參數(shù)為左值引用意味著拷貝，為右值引用意味著移動。

class Array {
public:
    ......
 
    // 優(yōu)雅
    Array(Array&& temp_array) {
        data_ = temp_array.data_;
        size_ = temp_array.size_;
        // 為防止temp_array析構(gòu)時(shí)delete data，提前置空其data_      
        temp_array.data_ = nullptr;
    }
public:
    int *data_;
    int size_;
};

如何使用：

// 例1：Array用法
int main(){
    Array a;
 
    // 做一些操作
    .....
     
    // 左值a，用std::move轉(zhuǎn)化為右值
    Array b(std::move(a));
}

實(shí)例：vector::push_back使用std::move提高性能

// 例2：std::vector和std::string的實(shí)際例子
int main() {
    std::string str1 = "aacasxs";
    std::vector<std::string> vec;
     
    vec.push_back(str1); // 傳統(tǒng)方法，copy
    vec.push_back(std::move(str1)); // 調(diào)用移動語義的push_back方法，避免拷貝，str1會失去原有值，變成空字符串
    vec.emplace_back(std::move(str1)); // emplace_back效果相同，str1會失去原有值
    vec.emplace_back("axcsddcas"); // 當(dāng)然可以直接接右值
}
 
// std::vector方法定義
void push_back (const value_type& val);
void push_back (value_type&& val);
 
void emplace_back (Args&&... args);

在vector和string這個場景，加個std::move會調(diào)用到移動語義函數(shù)，避免了深拷貝。

除非設(shè)計(jì)不允許移動，STL類大都支持移動語義函數(shù)，即可移動的。 另外，編譯器會默認(rèn)在用戶自定義的class和struct中生成移動語義函數(shù)，但前提是用戶沒有主動定義該類的拷貝構(gòu)造等函數(shù)(具體規(guī)則自行百度哈)。 因此，可移動對象在<需要拷貝且被拷貝者之后不再被需要>的場景，建議使用std::move觸發(fā)移動語義，提升性能。

還有些STL類是move-only的，比如unique_ptr，這種類只有移動構(gòu)造函數(shù)，因此只能移動(轉(zhuǎn)移內(nèi)部對象所有權(quán)，或者叫淺拷貝)，不能拷貝(深拷貝)

std::unique_ptr<A> ptr_a = std::make_unique<A>();

std::unique_ptr<A> ptr_b = std::move(ptr_a); // unique_ptr只有‘移動賦值重載函數(shù)‘，參數(shù)是&& ，只能接右值，因此必須用std::move轉(zhuǎn)換類型

std::unique_ptr<A> ptr_b = ptr_a; // 編譯不通過

std::move本身只做類型轉(zhuǎn)換，對性能無影響。 我們可以在自己的類中實(shí)現(xiàn)移動語義，避免深拷貝，充分利用右值引用和std::move的語言特性。

std::vector<int> b(5);
b[0] = 2;
b[1] = 2;
b[2] = 2;
b[3] = 2;

// 此處用move就不會對b中已有元素重新進(jìn)行拷貝構(gòu)造然后再放到a中
std::vector<int> a = std::move(b);

將vector B賦值給另一個vector A，如果是拷貝賦值，那么顯然要對B中的每一個元素執(zhí)行一個copy操作到A，如果是移動賦值的話，只需要將指向B的指針拷貝到A中即可，試想一下如果vector中有相當(dāng)多的元素，那是不是用move來代替copy就顯得十分高效了呢？建議看一看Scott Meyers 的Effective Modern C++，里面對移動語義、右值引用以及類型推導(dǎo)進(jìn)行了深入的探索

萬能引用

首先，我們先看一個例子

#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
template<typename T>
void func(T& param) {
    cout << param << endl;
}
int main() {
    int num = 2019;
    func(num);
    return 0;
}

這樣例子的編譯輸出不存在什么問題，但是如果修改成下面的調(diào)用方式呢？

int main(){
    func(2019);
    return 0;
}

編譯器會產(chǎn)生錯誤，因?yàn)樯厦娴哪０搴瘮?shù)只能接受左值或者左值引用（左值一般是有名字的變量，可以取到地址的），我們當(dāng)然可以重載一個接受右值的模板函數(shù)，如下也可以達(dá)到效果

template<typename T>
void func(T& param) {
    cout << "傳入的是左值" << endl;
}
template<typename T>
void func(T&& param) {
    cout << "傳入的是右值" << endl;
}

int main() {
    int num = 2019;
    func(num);
    func(2019);
    return 0;
}

輸出結(jié)果

傳入的是左值

傳入的是右值

第一次函數(shù)調(diào)用的是左值得版本，第二次函數(shù)調(diào)用的是右值版本。但是，有沒有辦法只寫一個模板函數(shù)即可以接收左值又可以接收右值呢？

C++11中有萬能引用（Universal Reference）的概念：使用T&&類型的形參既能綁定右值，又能綁定左值

但是注意了：只有發(fā)生類型推導(dǎo)的時(shí)候，T&&才表示萬能引用（如模板函數(shù)傳參就會經(jīng)過類型推導(dǎo)的過程）；否則，表示右值引用

所以，上面的案例我們可以修改為

template<typename T>
void func(T&& param) {
    cout << param << endl;
}
int main() {
    int num = 2019;
    func(num);
    func(2019);
    return 0;
}

引用折疊

萬能引用說完了，接著來聊引用折疊（Reference Collapse），因?yàn)橥昝擂D(zhuǎn)發(fā)（Perfect Forwarding）的概念涉及引用折疊。一個模板函數(shù)，根據(jù)定義的形參和傳入的實(shí)參的類型，我們可以有下面四中組合：

左值-左值 T& & # 函數(shù)定義的形參類型是左值引用，傳入的實(shí)參是左值引用

template<typename T>
void func(T& param) {
    cout << param << endl;
}
int main(){
    int num = 2021;
    int& val = num;
    func(val);
}

左值-右值 T& && # 函數(shù)定義的形參類型是左值引用，傳入的實(shí)參是右值引用

template<typename T>
void func(T& param) {
    cout << param << endl;
}

int main(){
    int&& val = 2021;
    func(val);
}

右值-左值 T&& & # 函數(shù)定義的形參類型是右值引用，傳入的實(shí)參是左值引用

template<typename T>
void func(T&& param) {
    cout << param << endl;
}

int main(){
    int num = 2021;
    int& val = num;
    func(val);
}

右值-右值 T&& && # 函數(shù)定義的形參類型是右值引用，傳入的實(shí)參是右值引用

template<typename T>
void func(T&& param) {
    cout << param << endl;
}

int main(){
    int&& val = 4;
    func(val);
}

但是C++中不允許對引用再進(jìn)行引用，對于上述情況的處理有如下的規(guī)則：

所有的折疊引用最終都代表一個引用，要么是左值引用，要么是右值引用。規(guī)則是：如果任一引用為左值引用，則結(jié)果為左值引用。否則（即兩個都是右值引用），結(jié)果才是右值引用

即就是前面三種情況代表的都是左值引用，而第四種代表的右值引用

完美轉(zhuǎn)發(fā)

下面接著說完美轉(zhuǎn)發(fā)（Perfect Forwarding），首先，看一個例子

#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
template<typename T>
void func(T& param) {
    cout << "傳入的是左值" << endl;
}
template<typename T>
void func(T&& param) {
    cout << "傳入的是右值" << endl;
}
template<typename T>
void warp(T&& param) {
    func(param);
}
int main() {
    int num = 2019;
    warp(num);
    warp(2019);
    return 0;
}

輸出的結(jié)果

傳入的是左值
傳入的是左值

是不是和預(yù)期的不一樣，下面我們來分析一下原因：

warp()函數(shù)本身的形參是一個萬能引用，即可以接受左值又可以接受右值；第一個warp()函數(shù)調(diào)用實(shí)參是左值，所以，warp()函數(shù)中調(diào)用func()中傳入的參數(shù)也應(yīng)該是左值；第二個warp()函數(shù)調(diào)用實(shí)參是右值，根據(jù)上面所說的引用折疊規(guī)則，warp()函數(shù)接收的參數(shù)類型是右值引用，那么為什么卻調(diào)用了調(diào)用func()的左值版本了呢？這是因?yàn)樵?code>warp()函數(shù)內(nèi)部，右值引用類型變?yōu)榱俗笾担驗(yàn)閰?shù)有了名稱，我們也通過變量名取得變量地址

那么問題來了，怎么保持函數(shù)調(diào)用過程中，變量類型的不變呢？這就是我們所謂的“變量轉(zhuǎn)發(fā)”技術(shù)，在C++11中通過std::forward()函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。我們來修改我們的warp()函數(shù)如下：

template<typename T>
void warp(T&& param) {
    func(std::forward<T>(param));
}

則可以輸出預(yù)期的結(jié)果

傳入的是左值
傳入的是右值

參考博文

現(xiàn)代C++之萬能引用、完美轉(zhuǎn)發(fā)、引用折疊(萬字長文)：https://blog.csdn.net/guangcheng0312q/article/details/103572987

C++ 中的「移動」在內(nèi)存或者寄存器中的操作是什么，為什么就比拷貝賦值性能高呢？：https://www.zhihu.com/question/55735384

一文讀懂C++右值引用和std::move：https://zhuanlan.zhihu.com/p/335994370