c++11-17 模板核心知識（十）—— 區分萬能引用(universal references)和右值引用

張雅宸發表於2020-11-30
C++

引子

T&&在程式碼裡並不總是右值引用：

void f(Widget&& param);      // rvalue reference

Widget&& var1 = Widget();      // rvalue reference

auto&& var2 = var1;        // not rvalue reference


template<typename T>
void f(std::vector<T>&& param);      // rvalue reference


template<typename T>
void f(T&& param);     // not rvalue reference

T&&代表兩種含義：

  • 右值引用
  • 萬能引用(universal references, or forwarding references)

如何區分

萬能引用一般出現在兩個場景中：

  • 模板引數
template<typename T>
void f(T&& param); // param is a universal reference
  • auto宣告
auto&& var2 = var1; // var2 is a universal reference

我們分別討論下這兩種場景。

模板引數

我們注意到，涉及到萬能引用的地方，都會有引數推導的過程，例如上面的T和var2. 而右值引用則沒有這個過程：

void f(Widget&& param);        // no type deduction; param is an rvalue reference

Widget&& var1 = Widget();     // no type deduction; var1 is an rvalue reference

但是即使語句設計到引數推導，也不一定就是萬能引用。例如：

template<typename T>
void f(std::vector<T>&& param);       // param is an rvalue reference


std::vector<int> v;
f(v); // error! can't bind lvalue to rvalue reference

這點還是比較好理解的。萬能引用需要依靠表示式來初始化自己是右值引用還是左值引用，但是上面這個例子沒有表現出這一點，它僅僅是推斷了T的型別，但是param的型別一直都是std::vector<T>&&。

我們再舉一個vector中的例子：

template<class T, class Allocator = allocator<T>> 
class vector { 
public:

void push_back(T&& x);      // rvalue reference


template <class... Args> 
void emplace_back(Args&&... args);      // universal reference
};
  • push_back(T&& x)中的T&&為右值引用，因為這個雖然是T&&，但是不涉及到引數推導。當push_back被instantiated時，實際的呼叫類似於：
std::vector<Widget> v;

...
class vector<Widget, allocator<Widget>> {
public:
void push_back(Widget&& x);       // rvalue reference
…
};

可以很明顯的看出此時沒有引數推導的過程。

  • template <class... Args> emplace_back(Args&&... args)中的Args&&為萬能引用。Args與T是相互獨立的，所以Args有一個獨立的引數推斷過程。

const disqualify universal reference

有意思的是，當引數加上const後，就一定是右值引用：

template <class T> int f(T&& heisenreference);
template <class T> int g(const T&&);

int i;
int n1 = f(i);         // calls f<int&>(int&)
int n2 = f(0);     // calls f<int>(int&&)
int n3 = g(i); // error: would call g<int>(const int&&), which would bind an rvalue reference to an lvalue

至於為什麼會有這個規定，按照Why adding const makes the universal reference as rvalue的說法，大體有兩點原因：

  • const T&&允許你過載一個函式模板，它只接受右值引用。如果const T&&也被當做universal reference，那麼將沒有辦法讓函式只接受右值引用。
  • 顯示禁用某個函式接受右值引用：template <typename T> void cref(const T&&) = delete;

auto宣告

對於auto的場景來說，所有的auto&&都是萬能引用，因為它總是有引數推導的過程。例如定義一個記錄函式執行時間的lambda（C++14中允許使用auto來宣告lambda的函式）：

auto timeFuncInvocation = [](auto &&func, auto &&... params) {  
  start timer;
  std::forward<decltype(func)>(func)(                      // invoke func
      std::forward<decltype(params)>(params)...      // on params
  );
  stop timer and record elapsed time;
};

（完）

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