stout代码分析之十：c++11之move和forward

　　stout中大量使用了c++11的特性，而c++11中move和forward大概是最神奇的特性了.

1. 左值和右值的区别

int a = ;   // a是左值，0是右值
int b = rand();  // b是左值，rand()是右值

　　直观理解：左值在等号左边，右值在等号右边

　　深入理解：左值有名称，可根据左值获取其内存地址，而右值没有名称，不能根据右值获取地址。

　　2. 引用叠加规则

　　左值引用A&和右值引用A&& 可相互叠加

A& + A& = A&
A& + A&& = A&
A&& + A& = A&
A&& + A&& = A&&

　　举例示例，void foo(T&& x)中，如果T是int&, x为左值语义，如果T是int&&, x为右值语义

　

　　3. 为什么要使用std::move

　　如果类X包含一个指向某资源的指针，在左值语义下，类X的赋值构造函数如下：

X::X(const X& other)
{
  // ....
  // 销毁资源
  // 复制other的资源，并使指针指向它
  // ...
}

　　应用代码如下，其中，tmp被赋给a之后，便不再使用。

X tmp;
// ...经过一系列初始化...
X a = tmp;

　　如上，执行过程按照时间顺序如下: 首先执行一次默认构造函数(tmp申请资源)，再执行一次复制构造函数(a复制资源), 最后退出作用域时再执行一次析构函数(tmp释放资源)。既然tmp迟早要被析构掉，在执行复制构造函数的时候，a能不能将tmp的资源“偷“”过来，直接为我所用？

X::X(const X& other)
{
  // 交换this和other的资源
}

　　这样可以减少一次资源的创建和释放。这就是std::move所要实现的。

　　

　　4. std::move的实现

　　std::move用于强制将左值转化为右值。其实现方式如下：

template<class T>
typename remove_reference<T>::type&&
std::move(T&& a) noexcept
{
  typedef typename remove_reference<T>::type&& RvalRef;
  return static_cast<RvalRef>(a);
}

　　当a为int左值(右值)时，根据引用叠加原理，T为int&, remove_reference<T> = int, std::move返回类型为int&&，即右值引用

　　

　　5. std::move的使用

#include <utility>
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>              

void foo(const std::string& n)
{
  std::cout << "lvalue" << std::endl;
}                              

void foo(std::string&& n)
{
  std::cout << "rvalue" << std::endl;
}                              

void bar()
{
  foo("hello");                // rvalue
  std::string a = "world";
  foo(a);                      // lvalue
  foo(std::move(a));           // rvalue
}

int main()
{
  std::vector<std::string> a = {"hello", "world"};
  std::vector<std::string> b;

  b.push_back("hello");
  b.push_back(std::move(a[]));

  std::cout << "bsize: " << b.size() << std::endl;
  for (std::string& x: b)
    std::cout << x << std::endl;
  bar();
  return ;
}

　　6. 为什么要使用std::forward

　　首先看下面这段代码：

#include <utility>
#include <iostream>

void bar(const int& x)
{
  std::cout << "lvalue" << std::endl;
}

void bar(int&& x)
{
  std::cout << "rvalue" << std::endl;
}

template <typename T>
void foo(T&& x)
{
  bar(x);
  bar(std::forward<T>(x));
}

int main()
{
  int x = ;
  foo(x);
  foo();
  return ;
}

　　执行foo(10)：首先进入函数foo, 执行bar(x), 输出"lvalue"。这里有点不合常理，10明明是一个右值，为什么这里输出"lvalue"呢？这是因为10只是作为一个foo的右值参数，但是在foo函数内部，x却是一个有名字的变量，因此10是bar(x)的左值参数。但是我们想延续10的左值语义，怎么办呢？std::forward就派上了用场。

　　总而言之，std::forward的目的就是保持std::move的语意。

　　7. std::forwar的实现

template<typename T, typename Arg>
shared_ptr<T> factory(Arg&& arg)
{
  return shared_ptr<T>(new T(std::forward<Arg>(arg)));
}

template<class S>
S&& forward(typename remove_reference<S>::type& a) noexcept
{
  return static_cast<S&&>(a);
}

X x;
factory<A>(x);

　　如果factory的输入参数是一个左值 => Arg = X& => std::forward<Arg> = X&, 这种情况下，std::forward<Arg>(arg)仍然是左值。

　　相反，如果factory输入参数是一个右值 => Arg = X => std::forward<Arg> = X, 这种情况下，std::forward<Arg>(arg)是一个右值。

　　

　　8. std::forward的使用

　　直接上码，如果前面都懂了，相信这段代码的输出结果也能猜个八九不离十了。　　

#include <utility>
#include <iostream>

void overloaded(const int& x)
{
  std::cout << "[lvalue]" << std::endl;
}

void overloaded(int&& x)
{
  std::cout << "[rvalue]" << std::endl;
}

template <class T> void fn(T&& x)
{
  overloaded(x);
  overloaded(std::forward<T>(x));
}

int main()
{
  int i = ;
  overloaded(std::forward<int>(i));
  overloaded(std::forward<int&>(i));
  overloaded(std::forward<int&&>(i));

  fn(i);
  fn(std::move(i));

  return ;
}