C++0x標(biāo)準(zhǔn)出來很長(zhǎng)時(shí)間了，引入了很多牛逼的特性[1]。其中一個(gè)便是右值引用，Thomas Becker的文章[2]很全面的介紹了這個(gè)特性，讀后有如醍醐灌頂，翻譯在此以便深入理解。
右值引用是由C++0x標(biāo)準(zhǔn)引入c++的一個(gè)令人難以捉摸的特性。我曾偶爾聽到過有c++領(lǐng)域的大牛這么說：
每次我想抓住右值引用的時(shí)候，它總能從我手里跑掉。想把右值引用裝進(jìn)腦袋實(shí)在太難了。我不得不教別人右值引用，這太可怕了。
右值引用惡心的地方在于，當(dāng)你看到它的時(shí)候根本不知道它的存在有什么意義，它是用來解決什么問題的。所以我不會(huì)馬上介紹什么是右值引用。更好的方式是從它將解決的問題入手，然后講述右值引用是如何解決這些問題的。這樣，右值引用的定義才會(huì)看起來合理和自然。
右值引用至少解決了這兩個(gè)問題：
如果你不懂這兩個(gè)問題，別擔(dān)心，后面會(huì)詳細(xì)地介紹。我們會(huì)從move語義開始，但在開始之前要首先讓你回憶起c++的左值和右值是什么。關(guān)于左值和右值我很難給出一個(gè)嚴(yán)密的定義，不過下面的解釋已經(jīng)足以讓你明白什么是左值和右值。
在c語言發(fā)展的較早時(shí)期，左值和右值的定義是這樣的：左值是一個(gè)可以出現(xiàn)在賦值運(yùn)算符的左邊或者右邊的表達(dá)式e，而右值則是只能出現(xiàn)在右邊的表達(dá)式。例如：
int a = 42; int b = 43; // a與b都是左值 a = b; // ok b = a; // ok a = a * b; // ok // a * b是右值: int c = a * b; // ok, 右值在等號(hào)右邊a * b = 42; // 錯(cuò)誤，右值在等號(hào)左邊在c++中，我們?nèi)匀豢梢杂眠@個(gè)直觀的辦法來區(qū)分左值和右值。不過，c++中的用戶自定義類型引入了關(guān)于可變性和可賦值性的微妙變化，這會(huì)讓這個(gè)方法變的不那么地正確。我們沒有必要繼續(xù)深究下去，這里還有另外一種定義可以讓你很好的處理關(guān)于右值的問題：左值是一個(gè)指向某內(nèi)存空間的表達(dá)式，并且我們可以用&操作符獲得該內(nèi)存空間的地址。右值就是非左值的表達(dá)式。例如：
// 左值: // int i = 42; i = 43; // ok, i是左值int* p = &i; // ok, i是左值int& foo(); foo() = 42; // ok, foo()是左值int* p1 = &foo(); // ok, foo()是左值// 右值: // int foobar(); int j = 0; j = foobar(); // ok, foobar()是右值int* p2 = &foobar(); // 錯(cuò)誤，不能取右值的地址j = 42; // ok, 42是右值如果你對(duì)左值和右值的嚴(yán)密的定義有興趣的話，可以看下Mikael Kilpel?inen的文章[3]。
假設(shè)class X包含一個(gè)指向某資源的指針或句柄m_pResource。這里的資源指的是任何需要耗費(fèi)一定的時(shí)間去構(gòu)造、復(fù)制和銷毀的東西，比如說以動(dòng)態(tài)數(shù)組的形式管理一系列的元素的std::vector。邏輯上而言X的賦值操作符應(yīng)該像下面這樣：
X& X::operator=(X const & rhs){ // [...] // 銷毀m_pResource指向的資源 // 復(fù)制rhs.m_pResource所指的資源，并使m_pResource指向它 // [...]}同樣X的拷貝構(gòu)造函數(shù)也是這樣。假設(shè)我們這樣來用X：
X foo(); // foo是一個(gè)返回值為X的函數(shù)X x;x = foo();最后一行有如下的操作：
上面的過程是可行的，但是更有效率的辦法是直接交換x和臨時(shí)對(duì)象中的資源指針，然后讓臨時(shí)對(duì)象的析構(gòu)函數(shù)去銷毀x原來擁有的資源。換句話說，當(dāng)賦值操作符的右邊是右值的時(shí)候，我們希望賦值操作符被定義成下面這樣：
// [...]// swap m_pResource and rhs.m_pResource// [...]這就是所謂的move語義。在之前的c++中，這樣的行為是很難實(shí)現(xiàn)的。雖然我也聽到有的人說他們可以用模版元編程來實(shí)現(xiàn)，但是我還從來沒有遇到過能給我解釋清楚如何具體實(shí)現(xiàn)的人。所以這一定是相當(dāng)復(fù)雜的。C++0x通過重載的辦法來實(shí)現(xiàn)：
X& X::operator=(<mystery type> rhs){ // [...] // swap this->m_pResource and rhs.m_pResource // [...] }既然我們是要重載賦值運(yùn)算符，那么
把上面的
如果X是一種類型，那么X&&就叫做X的右值引用。為了更好的區(qū)分兩，普通引用現(xiàn)在被稱為左值引用。
右值引用和左值引用的行為差不多，但是有幾點(diǎn)不同，最重要的就是函數(shù)重載時(shí)左值使用左值引用的版本，右值使用右值引用的版本：
void foo(X& x); // 左值引用重載void foo(X&& x); // 右值引用重載X x;X foobar();foo(x); // 參數(shù)是左值，調(diào)用foo(X&)foo(foobar()); // 參數(shù)是右值，調(diào)用foo(X&&)重點(diǎn)在于：
右值引用允許函數(shù)在編譯期根據(jù)參數(shù)是左值還是右值來建立分支。
理論上確實(shí)可以用這種方式重載任何函數(shù)，但是絕大多數(shù)情況下這樣的重載只出現(xiàn)在拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值運(yùn)算符中，以用來實(shí)現(xiàn)move語義：
X& X::operator=(X const & rhs); // classical implementationX& X::operator=(X&& rhs){ // Move semantics: exchange content between this and rhs return *this;}實(shí)現(xiàn)針對(duì)右值引用重載的拷貝構(gòu)造函數(shù)與上面類似。
如果你實(shí)現(xiàn)了void foo(X&);，但是沒有實(shí)現(xiàn)void foo(X&&);，那么和以前一樣foo的參數(shù)只能是左值。如果實(shí)現(xiàn)了void foo(X const &);，但是沒有實(shí)現(xiàn)void foo(X&&);，仍和以前一樣，foo的參數(shù)既可以是左值也可以是右值。唯一能夠區(qū)分左值和右值的辦法就是實(shí)現(xiàn)void foo(X&&);。最后，如果只實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)void foo(X&&);，但卻沒有實(shí)現(xiàn)void foo(X&);和void foo(X const &);，那么foo的參數(shù)將只能是右值。
c++的第一版修正案里有這樣一句話：“C++標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)不應(yīng)該制定一條阻止程序員拿起槍朝自己的腳丫子開火的規(guī)則?！眹?yán)肅點(diǎn)說就是c++應(yīng)該給程序員更多控制的權(quán)利，而不是擅自糾正他們的疏忽。于是，按照這種思想，C++0x中既可以在右值上使用move語義，也可以在左值上使用，標(biāo)準(zhǔn)程序庫中的函數(shù)swap就是一個(gè)很好的例子。這里假設(shè)X就是前面我們已經(jīng)重載右值引用以實(shí)現(xiàn)move語義的那個(gè)類。
template<class T>void swap(T& a, T& b){ T tmp(a); a = b; b = tmp;}X a, b;swap(a, b);上面的代碼中沒有右值，所以沒有使用move語義。但move語義用在這里最合適不過了：當(dāng)一個(gè)變量（a）作為拷貝構(gòu)造函數(shù)或者賦值的來源時(shí)，這個(gè)變量要么就是以后都不會(huì)再使用，要么就是作為賦值操作的目標(biāo)（a = b）。
C++11中的標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)std::move可以解決我們的問題。這個(gè)函數(shù)只會(huì)做一件事：把它的參數(shù)轉(zhuǎn)換為一個(gè)右值并且返回。C++11中的swap函數(shù)是這樣的:
template<class T>void swap(T& a, T& b){ T tmp(std::move(a)); a = std::move(b); b = std::move(tmp);}X a, b;swap(a, b);現(xiàn)在的swap使用了move語義。值得注意的是對(duì)那些沒有實(shí)現(xiàn)move語義的類型來說（沒有針對(duì)右值引用重載拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值操作符），新的swap仍然和舊的一樣。
std::move是個(gè)很簡(jiǎn)單的函數(shù)，不過現(xiàn)在我還不能將它的實(shí)現(xiàn)展現(xiàn)給你，后面再詳細(xì)說明。
像上面的swap函數(shù)一樣，盡可能的使用std::move會(huì)給我們帶來以下好處:
假設(shè)有以下代碼：
void foo(X&& x){ X anotherX = x; // ...}現(xiàn)在考慮一個(gè)有趣的問題：在foo函數(shù)內(nèi)，哪個(gè)版本的X拷貝構(gòu)造函數(shù)會(huì)被調(diào)用呢？這里的x是右值引用類型。把x也當(dāng)作右值來處理看起來貌似是正確的，也就是調(diào)用這個(gè)拷貝構(gòu)造函數(shù)：
X(X&& rhs);有些人可能會(huì)認(rèn)為一個(gè)右值引用本身就是右值。但右值引用的設(shè)計(jì)者們采用了一個(gè)更微妙的標(biāo)準(zhǔn)：
右值引用類型既可以被當(dāng)作左值也可以被當(dāng)作右值，判斷的標(biāo)準(zhǔn)是，如果它有名字，那就是左值，否則就是右值。
在上面的例子中，因?yàn)橛抑狄脁是有名字的，所以x被當(dāng)作左值來處理。
void foo(X&&void foo(X&& x){ X anotherX = x; // 調(diào)用X(X const & rhs)}
下面是一個(gè)沒有名字的右值引用被當(dāng)作右值處理的例子：
X&& goo();X x = goo(); // 調(diào)用X(X&& rhs)，goo的返回值沒有名字之所以采用這樣的判斷方法，是因?yàn)椋喝绻试S悄悄地把move語義應(yīng)用到有名字的東西（比如foo中的x）上面，代碼會(huì)變得容易出錯(cuò)和讓人迷惑。
void foo(X&& x){ X anotherX = x; // x仍然在作用域內(nèi)}這里的x仍然是可以被后面的代碼所訪問到的，如果把x作為右值看待，那么經(jīng)過X anotherX = x;后，x的內(nèi)容已經(jīng)發(fā)生變化。move語義的重點(diǎn)在于將其應(yīng)用于那些不重要的東西上面，那些move之后會(huì)馬上銷毀而不會(huì)被再次用到的東西上面。所以就有了上面的準(zhǔn)則：如果有名字，那么它就是左值。
那另外一半，“如果沒有名字，那它就是右值”又如何理解呢？上面goo()的例子中，理論上來說goo()所引用的對(duì)象也可能在X x = goo();后被訪問的到。但是回想一下，這種行為不正是我們想要的嗎？我們也想隨心所欲的在左值上面使用move語義。正是“如果沒有名字，那它就是右值”的規(guī)則讓我們能夠?qū)崿F(xiàn)強(qiáng)制move語義。其實(shí)這就是std::move的原理。這里展示std::move的具體實(shí)現(xiàn)還是太早了點(diǎn)，不過我們離理解std::move更近了一步。它什么都沒做，只是把它的參數(shù)通過右值引用的形式傳遞下去。
std::move(x)的類型是右值引用，而且它也沒有名字，所以它是個(gè)右值。因此std::move(x)正是通過隱藏名字的方式把它的參數(shù)變?yōu)橛抑怠?/p>
下面這個(gè)例子將展示記住“如果它有名字”的規(guī)則是多么重要。假設(shè)你寫了一個(gè)類Base，并且通過重載拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值操作符實(shí)現(xiàn)了move語義：
Base(Base const & rhs); // non-move semanticsBase(Base&& rhs); // move semantics然后又寫了一個(gè)繼承自Base的類Derived。為了保證Derived對(duì)象中的Base部分能夠正確實(shí)現(xiàn)move語義，必須也重載Derived類的拷貝構(gòu)造函數(shù)和賦值操作符。先讓我們看下拷貝構(gòu)造函數(shù)（賦值操作符的實(shí)現(xiàn)類似），左值版本的拷貝構(gòu)造函數(shù)很直白：
Derived(Derived const & rhs) : Base(rhs){ // Derived-specific stuff}但右值版本的重載卻要仔細(xì)研究下，下面是某個(gè)不知道“如果它有名字”規(guī)則的程序員寫的：
Derived(Derived&& rhs) : Base(rhs) // 錯(cuò)誤：rhs是個(gè)左值{ // ...}如果像上面這樣寫，調(diào)用的永遠(yuǎn)是Base的非move語義的拷貝構(gòu)造函數(shù)。因?yàn)閞hs有名字，所以它是個(gè)左值。但我們想要調(diào)用的卻是move語義的拷貝構(gòu)造函數(shù)，所以應(yīng)該這么寫：
Derived(Derived&& rhs) : Base(std::move(rhs)) // good, calls Base(Base&& rhs){ // Derived-specific stuff}現(xiàn)在有這么一個(gè)函數(shù)：
X foo(){ X x; // perhaps do something to x return x;}一看到這個(gè)函數(shù)，你可能會(huì)說，咦，這個(gè)函數(shù)里有一個(gè)復(fù)制的動(dòng)作，不如讓它使用move語義：
X foo(){ X x; // perhaps do something to x return std::move(x); // making it worse!}很不幸的是，這樣不但沒有幫助反而會(huì)讓它變的更糟?，F(xiàn)在的編譯器基本上都會(huì)做返回值優(yōu)化（return value optimization）。也就是說，編譯器會(huì)在函數(shù)返回的地方直接創(chuàng)建對(duì)象，而不是在函數(shù)中創(chuàng)建后再復(fù)制出來。很明顯，這比move語義還要好一點(diǎn)。
所以，為了更好的使用右值引用和move語義，你得很好的理解現(xiàn)在編譯器的一些特殊效果，比如return value optimization和copy elision。并且在運(yùn)用右值引用和move語義時(shí)將其考慮在內(nèi)。Dave Abrahams就這一主題寫了一系列的文章[4]。
除了實(shí)現(xiàn)move語義之外，右值引用要解決的另一個(gè)問題就是完美轉(zhuǎn)發(fā)問題（perfect forwarding）。假設(shè)有下面這樣一個(gè)工廠函數(shù)：
template<typename T, typename Arg>shared_ptr<T> factory(Arg arg){ return shared_ptr<T>(new T(arg));}很明顯，這個(gè)函數(shù)的意圖是想把參數(shù)arg轉(zhuǎn)發(fā)給T的構(gòu)造函數(shù)。對(duì)參數(shù)arg而言，理想的情況是好像factory函數(shù)不存在一樣，直接調(diào)用構(gòu)造函數(shù)，這就是所謂的“完美轉(zhuǎn)發(fā)”。但真實(shí)情況是這個(gè)函數(shù)是錯(cuò)誤的，因?yàn)樗肓祟~外的通過值的函數(shù)調(diào)用，這將不適用于那些以引用為參數(shù)的構(gòu)造函數(shù)。
最常見的解決方法，比如被boost::bind采用的，就是讓外面的函數(shù)以引用作為參數(shù)。
template<typename T, typename Arg>shared_ptr<T> factory(Arg& arg){ return shared_ptr<T>(new T(arg));}這樣確實(shí)會(huì)好一點(diǎn)，但不是完美的?，F(xiàn)在的問題是這個(gè)函數(shù)不能接受右值作為參數(shù)：
factory<X>(hoo()); // error if hoo returns by valuefactory<X>(41); // error這個(gè)問題可以通過一個(gè)接受const引用的重載解決：
template<typename T, typename Arg>shared_ptr<T> factory(Arg const & arg){ return shared_ptr<T>(new T(arg));}這個(gè)辦法仍然有兩個(gè)問題。首先如果factory函數(shù)的參數(shù)不是一個(gè)而是多個(gè)，那就需要針對(duì)每個(gè)參數(shù)都要寫const引用和non-const引用的重載。代碼會(huì)變的出奇的長(zhǎng)。
其次這種辦法也稱不上是完美轉(zhuǎn)發(fā)，因?yàn)樗荒軐?shí)現(xiàn)move語義。factory內(nèi)的構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)是個(gè)左值（因?yàn)樗忻郑约词箻?gòu)造函數(shù)本身已經(jīng)支持，factory也無法實(shí)現(xiàn)move語義。
右值引用可以很好的解決上面這些問題。它使得不通過重載而實(shí)現(xiàn)真正的完美轉(zhuǎn)發(fā)成為可能。為了弄清楚是如何實(shí)現(xiàn)的，我們還需要再掌握兩個(gè)右值引用的規(guī)則。
第一條右值引用的規(guī)則也會(huì)影響到左值引用?；叵胍幌拢赾++11標(biāo)準(zhǔn)之前，是不允許出現(xiàn)對(duì)某個(gè)引用的引用的：像A& &這樣的語句會(huì)導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤。不同的是，在c++11標(biāo)準(zhǔn)里面引入了引用疊加規(guī)則：
A& & => A&A& && => A&A&& & => A&A&& && => A&&另外一個(gè)是模版參數(shù)推導(dǎo)規(guī)則。這里的模版是接受一個(gè)右值引用作為模版參數(shù)的函數(shù)模版。
template<typename T>void foo(T&&);針對(duì)這樣的模版有如下的規(guī)則：
有了上面這些規(guī)則，我們可以用右值引用來解決前面的完美轉(zhuǎn)發(fā)問題。下面是解決的辦法：
template<typename T, typename Arg>shared_ptr<T> factory(Arg&& arg){ return shared_ptr<T>(new T(std::forward<Arg>(arg)));}std::forward的定義如下：
template<class S>S&& forward(typename remove_reference<S>::type& a) noexcept{ return static_cast<S&&>(a);}上面的程序是如何解決完美轉(zhuǎn)發(fā)的問題的？我們需要討論當(dāng)factory的參數(shù)是左值或右值這兩種情況。假設(shè)A和X是兩種類型。先來看factory的參數(shù)是X類型的左值時(shí)的情況：
根據(jù)上面的規(guī)則可以推導(dǎo)得到，factory的模版參數(shù)Arg變成了X&，于是編譯器會(huì)像下面這樣將模版實(shí)例化：
應(yīng)用前面的引用疊加規(guī)則并且求得remove_reference的值后，上面的代碼又變成了這樣：
這對(duì)于左值來說當(dāng)然是完美轉(zhuǎn)發(fā)：通過兩次中轉(zhuǎn)，參數(shù)arg被傳遞給了A的構(gòu)造函數(shù)，這兩次中轉(zhuǎn)都是通過左值引用完成的。
現(xiàn)在再考慮參數(shù)是右值的情況：
再次根據(jù)上面的規(guī)則推導(dǎo)得到：
對(duì)右值來說，這也是完美轉(zhuǎn)發(fā)：參數(shù)通過兩次中轉(zhuǎn)被傳遞給A的構(gòu)造函數(shù)。另外對(duì)A的構(gòu)造函數(shù)來說，它的參數(shù)是個(gè)被聲明為右值引用類型的表達(dá)式，并且它還沒有名字。那么根據(jù)第5節(jié)中的規(guī)則可以判斷，它就是個(gè)右值。這意味著這樣的轉(zhuǎn)發(fā)完好的保留了move語義，就像factory函數(shù)并不存在一樣。
事實(shí)上std::forward的真正目的在于保留move語義。如果沒有std::forward，一切都是正常的，但有一點(diǎn)除外：A的構(gòu)造函數(shù)的參數(shù)是有名字的，那這個(gè)參數(shù)就只能是個(gè)左值。
如果你想再深入挖掘一點(diǎn)的話，不妨問下自己這個(gè)問題：為什么需要remove_reference？答案是其實(shí)根本不需要。如果把remove_reference<S>::type&換成S&，一樣可以得出和上面相同的結(jié)論。但是這一切的前提是我們指定Arg作為std::forward的模版參數(shù)。remove_reference存在的原因就是強(qiáng)迫我們?nèi)ミ@樣做。
已經(jīng)講的差不多了，剩下的就是std::move的實(shí)現(xiàn)了。記住，std::move的用意在于將它的參數(shù)傳遞下去，將它轉(zhuǎn)換成右值。
下面假設(shè)我們針對(duì)一個(gè)X類型的左值調(diào)用std::move。
根據(jù)前面的模版參數(shù)推導(dǎo)規(guī)則，模版參數(shù)T變成了X&，于是：
然后求得remove_reference的值，并應(yīng)用引用疊加規(guī)則，得到：
這就可以了，x變成了沒有名字的右值引用。
參數(shù)是右值的情況由你來自己推導(dǎo)。不過你可能馬上就想跳過去了，為什么會(huì)有人把std::move用在右值上呢？它的功能不就是把參數(shù)變成右值么。另外你可能也注意到了，我們完全可以用static_cast<X&&>(x)來代替std::move(x)，不過大多數(shù)情況下還是用std::move(x)比較好。
本文轉(zhuǎn)自：[譯]詳解C++右值引用
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