22-2 R值引用

在第12章中，我们介绍了值类别的概念（12.2节——值类别（左值与右值）），这是表达式的一种属性，有助于确定表达式解析为值、函数还是对象。我们还介绍了左值和右值，以便讨论左值引用。

若您对左值与右值的概念尚不清晰，建议趁此机会重新温习该主题，因为本章将大量涉及相关内容。

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左值引用回顾

在C++11之前，C++中仅存在一种引用类型，因此统称为“引用”。然而在C++11中，它被称为左值引用。左值引用只能通过可修改的左值进行初始化。

L-value reference	Can be initialized with	Can modify
Modifiable l-values	Yes	Yes
Non-modifiable l-values	No	No
R-values	No	No

对 const 对象的左值引用既可用可修改的左值和右值初始化，也可用不可修改的左值和右值初始化。但这些值不能被修改。

L-value reference to const	Can be initialized with	Can modify
Modifiable l-values	Yes	No
Non-modifiable l-values	Yes	No
R-values	Yes	No

const 对象的左值引用尤其有用，因为它们允许我们将任何类型的参数（左值或右值）传递给函数，而无需复制该参数。

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右值引用

C++11新增了一种名为右值引用的引用类型。右值引用专为仅能用右值初始化而设计。左值引用使用单个&符号创建，而右值引用则使用双&符号创建：

int x{ 5 };
int& lref{ x }; // l-value reference initialized with l-value x
int&& rref{ 5 }; // r-value reference initialized with r-value 5

右值引用不能用左值初始化。

R-value reference	Can be initialized with	Can modify
Modifiable l-values	No	No
Non-modifiable l-values	No	No
R-values	Yes	Yes

R-value reference to const	Can be initialized with	Can modify
Modifiable l-values	No	No
Non-modifiable l-values	No	No
R-values	Yes	No

右值引用具有两个有用的特性。首先，右值引用将初始化对象的生命周期延长至右值引用的生命周期（指向 const 对象的左值引用也能实现此效果）。其次，非 const 右值引用允许你修改右值！

让我们通过几个示例来了解：

#include <iostream>

class Fraction
{
private:
	int m_numerator { 0 };
	int m_denominator { 1 };

public:
	Fraction(int numerator = 0, int denominator = 1) :
		m_numerator{ numerator }, m_denominator{ denominator }
	{
	}

	friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Fraction& f1)
	{
		out << f1.m_numerator << '/' << f1.m_denominator;
		return out;
	}
};

int main()
{
	auto&& rref{ Fraction{ 3, 5 } }; // r-value reference to temporary Fraction

	// f1 of operator<< binds to the temporary, no copies are created.
	std::cout << rref << '\n';

	return 0;
} // rref (and the temporary Fraction) goes out of scope here

该程序输出：

作为匿名对象，Fraction(3, 5)通常会在定义它的表达式结束时超出作用域。但由于我们用它初始化了一个右值引用，其生命周期被延长至代码块结束。随后我们就能使用该右值引用打印分数的值。

现在来看一个不太直观的例子：

#include <iostream>

int main()
{
    int&& rref{ 5 }; // because we're initializing an r-value reference with a literal, a temporary with value 5 is created here
    rref = 10;
    std::cout << rref << '\n';

    return 0;
}

该程序输出：

虽然用字面量初始化右值引用后还能修改该值看似奇怪，但当用字面量初始化右值引用时，系统会从字面量构造一个临时对象，因此该引用实际指向的是临时对象而非字面量本身。

上述两种用法在实际编程中都较为罕见。

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右值引用作为函数参数

右值引用更常作为函数参数使用。这在函数重载时尤为有用，当你希望左值和右值参数具有不同行为时。

#include <iostream>

void fun(const int& lref) // l-value arguments will select this function
{
	std::cout << "l-value reference to const: " << lref << '\n';
}

void fun(int&& rref) // r-value arguments will select this function
{
	std::cout << "r-value reference: " << rref << '\n';
}

int main()
{
	int x{ 5 };
	fun(x); // l-value argument calls l-value version of function
	fun(5); // r-value argument calls r-value version of function

	return 0;
}

这将会输出：

如你所见，当传入左值时，重载函数会解析为带左值引用的版本；当传入右值时，则解析为带右值引用的版本（相较于const左值引用，这种匹配被认为更优）。

为何需要这样做？我们将在下一课中深入探讨。毋庸置疑，这是移动语义的重要组成部分。

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右值引用变量是左值

考虑以下代码片段：

int&& ref{ 5 };
fun(ref);

你认为上述调用会调用哪个版本的 fun：fun(const int&) 还是 fun(int&&)？

答案可能会让你感到意外。它调用的是 fun(const int&)。

尽管变量 ref 的类型是 int&&，但在表达式中使用时它是一个左值（所有命名变量都是左值）。对象的类型与其值类别是独立的。

你已知常量5是类型为int的右值，而int x是类型为int的左值。同理，int&& ref是类型为int&&的左值。

因此fun(ref)不仅会调用fun(const int&)，甚至不会匹配fun(int&&)，因为右值引用无法与左值绑定。

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返回右值引用

你几乎不应返回右值引用，原因与你几乎不应返回左值引用相同。在大多数情况下，当被引用的对象在函数结束时超出作用域时，你最终会返回一个悬空引用。

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测验时间

问题 #1

指出下列带字母标记的语句中哪一个无法编译：

int main()
{
	int x{};

	// l-value references
	int& ref1{ x }; // A
	int& ref2{ 5 }; // B

	const int& ref3{ x }; // C
	const int& ref4{ 5 }; // D

	// r-value references
	int&& ref5{ x }; // E
	int&& ref6{ 5 }; // F

	const int&& ref7{ x }; // G
	const int&& ref8{ 5 }; // H

	return 0;
}

显示解决方案：

B、E和G无法编译。

重申绑定组合规则：
 * 非常量左值引用只能绑定到非常量左值。
 * 常量左值引用可绑定到非常量左值、常量左值和右值。
 * 右值引用只能绑定到右值。

x是常量左值，因此我们可以将其绑定到非常量左值引用（A）和常量左值引用（C）。我们不能将非常量左值引用绑定到右值（B）。
5 是右值，因此我们可以将其绑定为常左值引用（D）和右值引用（F & H）。我们不能将右值引用绑定为左值（E & G）。