右值引用¶
右值引用起码解决了两个问题：
- 实现 move 语义（本文介绍）
- 实现完美转发（下一篇文章介绍）
本文会介绍什么是：
- 什么是右值
- 什么是右值引用、move 语义
- std::move 原理剖析
- std::move 使用注意事项
什么是右值¶
C++ 中表达式分为左值和右值，简单而言，有内存地址的表达式就是左值，它可以出现在赋值语句的左边或者右边。无法取内存地址的表达式是右值，只能出现在赋值语句的右边。
以下是 C++ 中常见的出现右值的情况：
- 常量字面量
- 函数调用返回的值或对象（左值引用类型除外）
- 无名对象
int funA(int a) {
return a;
}
int& funB(int a) {
return a;
}
class A {
public:
A() {}
~A() {}
};
int main(int argc, char* argv[]) {
auto pos_num = &(10); // 不能取地址 1. 常量字面量
auto pos_funA = &(funA(0x1111)); // 不能取地址 2. 函数调用的返回值
auto pos_funB = &(funB(0x2222)); // 函数调用返回的类型为左值引用，则返回的结果为左值
auto pos_class = &(A()); // 不能取地址 3. 无名对象
return 0;
}
什么是右值引用¶
在 C++11 之前，是只有左值引用（C++11之后，为了和右值引用区分，原来的“引用”才称为“左值引用”），没有右值引用的。因此无法用非 const （左值）引用匹配右值的。
比如：
int fun(int& a){
return a;
}
以下调用会出错：
fun(10); // 编译报错：无法从 int 转为 int&
如果非要匹配，则需要使用 const （左值）引用：
int fun(const int& a){
return a;
}
int main(int argc, char* argv[]){
fun(10); // 可以编译通过。const (左值)引用可以匹配右值
return 0;
}
在 C++11 之后，不用 const 左值引用，也可以匹配右值了：
int fun(int&& a){
return a;
}
int main(int argc, char* argv[]){
fun(10); // 右值引用可以匹配右值
return 0;
}
当然，右值引用的发明不是主要为了解决这类简单的调用匹配问题，而是为了引入 move 语义。
move 语义¶
先看一个右值引用发明前，资源利用效率不高的问题，以字符串类为例。我们知道，通常情况下，如果字符串做浅拷贝，是错误的：
class CMyString {
public:
char* m_pBuffer;
int m_iLen;
CMyString(const char* pString) {
m_iLen = strlen(pString) + 1;
m_pBuffer = new char[m_iLen];
strcpy(m_pBuffer, pString);
}
~CMyString() {
m_iLen = 0;
if(m_pBuffer) {
delete[] m_pBuffer;
}
}
CMyString(CMyString& other) {
// 浅拷贝，错误
this->m_pBuffer = other.m_pBuffer;
this->m_iLen = other.m_iLen;
}
};
错误的原因在于，如果 A 对象拷贝复制自 B 对象，那么当 B 对象析构时，会销毁 m_pBuffer 指向的缓冲区，这样 A 对象所指向的缓冲区也被一起销毁了。因此 CMyString 其实需要的是深拷贝：
CMyString(CMyString& other) {
// 深拷贝
this->m_iLen = other.m_iLen;
this->m_pBuffer = new char[m_iLen];
strcpy(this->m_pBuffer, other.m_pBuffer);
}
这是安全、正确的做法。但是，在某些特殊情况下，这种深拷贝其实 不是最高效的，比如对于以下代码：
int main(int argc, char* argv[]){
CMyString str1(CMyString("hello"));
return 0;
}
以上的 CMyString("hello") 是一个右值（无名对象），这个无名对象在完成 str1 的构造后，生命周期也就结束了，无名对象的资源也就被释放了。
这个时候问题来了：既然明知道无名对象的资源马上就会释放，那何必不做深拷贝，而是直接“偷”这个无名对象的资源呢？代码逻辑如下：
CMyString(/*类型暂且保密*/ other) {
this->m_iLen = other.m_iLen;
this->m_pBuffer = other.m_pBuffer; // 浅拷贝、偷资源
other.m_pBuffer = nullptr; // 让 other.m_pBuffer 不被释放
}
有了以上概念后，我们就知道了，其实有两种“从对象B得到对象A”的构造：
- 一种是 C++11 之前的拷贝构造
- 一种是 C++11 之后引入的，专门针对 B 是右值、可以被“偷资源”场景的构造，称为 移动构造
用以上 CMyString 为例，揭晓移动构造的原型，它的形参是 右值引用：
CMyString(CMyString&& other) {
this->m_iLen = other.m_iLen;
this->m_pBuffer = other.m_pBuffer; // 浅拷贝、偷资源
other.m_pBuffer = nullptr; // 让 m_pBuffer 不因为other析构而释放
}
类似于拷贝构造有与之对应的运算符重载 operator=(CMyString&)（拷贝赋值），移动构造也有与之对应的运算符重载：operator=(CMyString&&)（移动赋值）。
移动构造和移动赋值，统称为 移动语义。
std::move¶
C++11 中引入右值引用的同时，还在标准中引入了 std::move 函数。它的作用是“将表达式强行转为右值类型”。
我们先看下例，它是一个“可以改进”的 myswap 函数：
template<typename T>
void myswap(T& a, T& b) {
T temp(a); // 发生拷贝构造
a = b; // 发生拷贝赋值
b = temp; // 发生拷贝赋值
}
以上三行代码，因为没有右值类型，所以不会触发移动语义。如果 T 是 CMyString，那么会发生三次深拷贝。
但是仔细分析一下，实际上以上三行使用移动语义也是可以的：作为构造或者赋值的源变量，要么使用过一次后就不再使用，要么仅作为赋值的目标。换言之，它们的资源是可以被“偷”的。
这时候，就可以使用 std::move 强行把变量转为右值类型，来触发移动语义了：
template<typename T>
void myswap(T& a, T& b) {
T temp(std::move(a)); // 发生移动构造，偷 a 的资源
a = std::move(b); // 发生移动构造，偷 b 的资源
b = std::move(temp); // 发生移动赋值，偷 temp 的资源
}
std::move 原理解析¶
std::move 为什么可以神奇地把左值给强制转变成右值呢？我们可以解析它的源码知晓答案，从 C++ 头文件中找到 move 的源码：
template<typename _Tp>
constexpr typename std::remove_reference<_Tp>::type&&
move(_Tp&& __t) noexcept {
return static_cast<typename std::remove_reference<_Tp>::type&&>(__t);
}
移除掉不太相关的 constexpr、noexcept 得到：
template<typename _Tp>
typename std::remove_reference<_Tp>::type&&
move(_Tp&& __t) {
return static_cast<typename std::remove_reference<_Tp>::type&&>(__t);
}
会发现 move 的返回值和内部实现，都和 std::remove_reference<_Tp>::type 很有关系，那么继续看看 std::remove_reference 的实现：
template<typename _Tp>
struct remove_reference {
typedef _Tp type;
};
template<typename _Tp>
struct remove_reference<_Tp&> {
typedef _Tp type;
};
template<typename _Tp>
struct remove_reference<_Tp&&> {
typedef _Tp type;
};
发现 remove_reference ，发现它的作用很简单，就是不管模板参数是 _Tp，还是 _Tp 的左值引用，或者 _Tp 的右值引用，都统统都定义一个 type 等价于 _Tp 类型。回头看，其实 remove_reference 的作用顾名思义，就是“移除掉类型的引用性质” 的意思。
知道这个以后，我们可以进步一部简化 move 的源码，只谈原理不求严谨的话其实就是：
template<typename _Tp>
_Tp&& move(_Tp&& __t) {
return (_Tp&&)(__t); // 强制类型转换
}
move 仅仅是做了一个强制类型转换而已（其实还涉及到了“万能引用”的知识点，我们下一篇文章介绍）。
std::move 的使用注意事项¶
组合或者继承时，显式调用 std::move¶
一般而言，派生类如果是移动，那么也 期待 基类也是移动构造（派生类、基类的资源一起“偷”）。 但是，以下的写法是不正确的：
class CDerived:public CBase {
public:
CDerived(CDerived&& other)
:CBase(other) { // 无法触发 CBase 的移动构造
// ...
}
};
实际上，以上代码 不会 触发 CBase 的移动构造，而是触发的拷贝构造。
因为有名字的右值引用其实是左值，所以，当我们期待“基类也是做移动构造时”，应该显式调用std::move：
class CDerived:public CBase {
public:
CDerived(CDerived&& other)
:CBase(std::move(other)) { // 强制转为右值，触发 CBase 的移动构造
// ...
}
};
这样的例子也适用于组合（成员初始化）的情况。
局部变量返回时，不调用 std::move¶
有些情况下，我们会返回局部变量，比如下例：
CTemp foo() {
CTemp x;
return x; // x 的作用域和生命周期即将结束
}
这时你可能会想到“等等，在 foo() 调用并返回的地方，会复制一次返回值，而 x 最好转成右值，使用移动构造来复制：
CTemp foo() {
CTemp x;
return std::move(x); // 很可能好心办坏事
}
其实这样修改后，反而可能会把事情变糟糕，我们用以下试验看看效果：
#include <iostream>
#include <utility>
class CTemp {
public:
CTemp() {
std::cout << "CTemp：构造" << std::endl;
}
CTemp(CTemp& other) {
std::cout << "CTemp：拷贝构造" << std::endl;
}
CTemp(CTemp&& other) {
std::cout << "CTemp：移动构造" << std::endl;
}
};
//2.注意实现：返回时优化
CTemp foo() {
CTemp x;
return x;//作用域在该函数中就结束了
}
CTemp foo_move() {
CTemp x;
return std::move(x);//作用域在该函数中就结束了
}
int main(int argc, char* argv[]) {
auto a = foo();
std::cout << "-----------" << std::endl;
auto b = foo_move();
return 0;
}
输出结果是：
CTemp：构造
-----------
CTemp：构造
CTemp：移动构造
会发现反而是做了 std::move 的 foo_move 多了一次构造。这是为什么呢？其实是因为，现代编译器一般都做 返回值优化，也就是说，与其现在 foo 内部构造一个局部变量 x，再把它复制出去；不如直接在 foo 函数调用的地方直接构造一个 x 对象。这样做的效率显然比移动语义要高。
在这类情况下，不用 std::move 为佳。
当然，这也不是一概而论的。总之，需要非常深刻的理解 std::move 的“副作用”，才能做好相关优化，推荐大家可以看看 copy elision。