C++相关概念和易错语法(27)(forward、引用折叠)

2024-08-23 00:52

本文主要是介绍C++相关概念和易错语法(27)(forward、引用折叠),希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

上篇文章着重分享了对右值的理解以及相关应用(移动构造和移动赋值),但是右值引用还有很多坑需要填,这篇文章会进一步探究

1.引用折叠(万能引用)

当我们手动实现构造函数和移动构造时是分成两个函数来写的,赋值和移动赋值也是,本质上是因为移动赋值的代码实现不同,构造是深拷贝,而移动构造类似于浅拷贝,这也是根据右值引用、左值引用对象的特性不同做的处理。

但是还存在一种情况,即需要先将左值引用和右值引用同时处理,再针对左值和右值引用分别处理

如果一个函数的格式为void Fun(int& num),那么就只能传左值,num的处理将都会按照左值来处理;如果一个函数的格式为void Fun(int&& num),那么就只能传右值,num的处理将都会按照右值来处理。

这样看来似乎没有问题,大不了存两个函数,但是如果共同处理的部分有几万行,而只是针对末尾的一小部分做特殊处理,为了那几十行的代码要多复制几万行代码这显然是不值的,并且管理两份相同的代码也更麻烦。那么怎么处理这问题呢?

这就需要引出引用折叠了。

引用折叠的基础是模板函数,模板函数的本质是靠编译器生成不同的函数,相比较我们自己复制两个函数方便很多也可以解决上述问题。

下面是引用折叠的基本形式,当使用T&&,那么该类型就会触发引用折叠

类和函数中均支持的引用折叠的规则:

T& &变为T&,T&& &变为T&

T& &&变为T&,T&& &&变为T&&

如果触发了引用折叠,定义变量T&&,T&等也遵循上面的规则。

下面以int来解释上述代码:传入的是左值,那么如Fun(a),那么T就会被实例化为int&,T& &&根据引用折叠推导出类型也是int&,即左值引用。根据前面的规则仔细理解

typeid(t).name()不会打印具体是哪个引用,而是原类型,但我们可以用其他方式验证

加入传入的是右值,那么如Fun(10),那么T就会被实例化为int(引用折叠的特殊处理,不是int&&),t的类型会变成int&&,即右值引用

易混点

(1)这里要特别注意,要自行推导左值引用或者右值引用的话不能显式实例化,显式实例化后就不是引用折叠了,T的类型直接就定了

(2)引用折叠要理解它的规则和触发条件

这很明显不是引用折叠,尽管这和编译器推导一模一样。

(3)由于类必须显式实例化,所以函数中才存在这种编译器自动推导的做法,不过引用折叠在函数和类中都有用处,当使用int&或者int&&作为类的模板参数的话也遵循上述规则。函数中注意必须要使用T&&才会触发引用折叠,去自动推导

T1被实例化为int,这是偏特化而不是引用折叠,而T2实例化为int&很明显就是引用折叠。

同理,在这个例子中T1&不是引用折叠的标志,那它只能按照偏特化的规则去实例化,只有加上const修饰才能编译通过。虽然T2看上去也像偏特化,但它实际走的是引用折叠的规则。

(4)当同一类型作为多个参数的类型时,会按照各自的方法推导,只有类型一致才能通过

2.完美转发forward

我在最开始的时候提出了一类问题,引用折叠解决了第一步,就是将重复的代码合并,利用模板函数推导左值引用或者右值引用。但是分开处理的函数一般来说是同名的(功能相似,对象不一致),调用的时候如何区分左值和右值引用呢?

可能还有的人没有反应过来,当引用折叠实例化出void Fun(int&& rr)和void Fun(int& r)之后难道不就已经分出来了吗?直接调用不就好了吗?但是上篇文章就讲过不管是右值引用还是左值引用,引用前面的修饰是它引用的对象的属性,而不是该对象本身(rr或r)的属性。也就是说,不管通过引用折叠实例化出多少种类型,右值引用或左值引用的变量本身都是左值,如果将这个变量作为参数传到另一个函数,那么都会按照左值处理了,不能实现分开处理的功能。

我们不能在模板函数里面都move,因为这又走向了另一个极端。这就需要引入完美转发forward来解决了

完美转发是一个模板函数,在传参的时候我们不能直接传Fun(a),而是Fun(  forward<T>(a)  )。

以int为例:当forward函数的实例化类型是int或者int&&时,会保证该函数表达式返回值是一个右值,int也可以是因为前面引用折叠中传右值时实例化出的是int而非int&&(特殊处理);当forward函数的实例化类型是int&时,会保证该函数表达式返回值是一个左值。

一般来说,forward和引用折叠是相互兼容的,引用折叠实例化出的类型可以完全没有歧义的直接用于forward的显式实例化。

#include <iostream>
using namespace std;void test(int& num)
{cout << "void test(int& num)" << endl;
}void test(int&& num)
{cout << "void test(int&& num)" << endl;
}template<class T1>
void Fun(T1&& t)
{test(forward<T1>(t));
}int main()
{int a = 0;Fun(a);Fun(1);return 0;
}

执行结果为

这个例子我分析下完美转发和引用折叠的连用

就算test函数也是一个模板函数,里面也用了引用折叠和完美转发,也能很完美的匹配左值和右值版本。

我们同样需要注意,但凡涉及到左值右值分开处理的情况,就要勤用forward,因为右值引用存在退化的现象,即引用的对象是右值,而引用本身是左值。对于调用普通函数,就要考虑要不要move,如果是在使用了引用折叠的模板函数中,直接使用forward更能处理左右值分类的问题。

这篇关于C++相关概念和易错语法(27)(forward、引用折叠)的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/1097886

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