一文搞懂C++11万能引用和右值引用

前言

我们通过一个问题来进入今天的话题：
1.形如 “type&&” 的结构，就是右值引用吗？
2.以下哪些属于右值引用？

① void fun(Widget && param);
② Widget && var1= Widget();
③ auto && var2 = var1;
④ template<typename T> void f(std::vector<T>&& param);
⑤ template<typename T> void f(T&& param);

带着以上的问题，我们来看一下到底type&&的结构包含了哪些含义。

正文

实际上，type&& 有两种不同的含义。
其中一种就是 右值引用。它仅仅会绑定右值，用于识别出可移对象。
另外一种含义，则表示既可以是右值引用，也可以是左值引用。这种双重特性使其可以绑定到右值，也可以绑定到左值。还可以绑定到const对象或非const对象，以及volatile对象，甚至可以绑定那些既带有const又带有volatile的对象，拥有很强的灵活性，这就是万能引用。

那么，既然以上两种含义都是 type&& 结构，那么如何来区分二者呢？

万能引用

万能引用通常会在两种场景现身：函数模板的形参 和 auto声明。
示例如下：

template<typename T> 
void f(T&& param);   //param是个万能引用

 auto && var2 = var1;

以上两种场景的共同之处，在于它们都涉及型别推导。

在模板f中，param的类型是推导得到的，而在var2的声明语句中，var2的类型也是推导得到的。

因为万能引用首先是个引用，所以初始化是必须的。万能引用的初始化物会决定它代表的是个左值还是右值引用，如果初始化物是左值，万能引用就会对应得到一个左值引用，同理，如果初始化物是右值，万能引用就会对应得到一个右值引用。
对于作为函数形参的万能引用而言，初始化物在调用处提供：

template<typename T> 
void f(T&& param);

Widget w;
f(w);             //左值被传递给f，param的类型是Widget&，即左值引用

f(std::move(w));  //右值被传递给f，param的类型是Widget&&，即右值引用

有一个需要注意的问题是，万能引用除了要涉及型别推导，还有一个条件必须限定，就是必须要是“T&&”结构才行。
而类似

template<typename T> 
void f(std::vector<T>&& param);   //param是右值引用

这样的类型并不是万能引用，仅仅只是一个右值引用。

而且，如果有const修饰也不可能成为万能引用，比如：

template<typename T> 
void f(const T&& param);  //param是右值引用

那么，位于模板内是不是就一定就会涉及到型别推导呢？ 还真不能保证。看以下示例：

template <class T,class Allocator = allocator<T>>
class vector{
public:
    void push_back(T&& x);
    ...
};

以上是来自C++标准中vector类

这里的push_back的形参具备万能引用的正确形式，但是在本示例中，并不涉及到类型推导。因为push_back作为vector本身的一部分，如果不存在特定的vector实例，则它也无从存在。该实例的具体类型完全决定了push_back的声明类型。
如：

std::vector<Widget> v;

会导致std::vector模板具现化为如下实例：

template <class Widget,class Allocator = allocator<Widget>>
class vector{
public:
    void push_back(Widget&& x);  //右值引用
    ...
};

现在就能看清楚push_back并未涉及到类型推导。

而vector中的另外一个函数却涉及到了类型推导，如下：

template <class T,class Allocator = allocator<T>>
class vector{
public:
    template<class... Args>
    void emplace_back(Args&&... args);
    ...
};

以上emplace_back函数的形参 Args独立于vector的型别形参T，所以Args必须在每次emplace_back被调用时进行推导。所以这里的args是个万能引用。

最后，我们前面也提到过，auto变量也可以作为万能引用。确切的说，声明为auto&&的变量都是万能引用，因为肯定涉及到型别推导并且肯定有正确的形式（“T&&”）

比如在C++14中 lambda表达式可以声明auto&&形参。

结语

通过以上描述，终于搞清楚了万能引用和右值引用的区别，那么回到文中最前面的问题，③⑤都是万能引用，其他三个为右值引用，这下不会搞错了。

总结如下：

• 如果函数模板形参具备T&&型别，并且T的型别是推导而来，或如果对象使用auto&&声明其类型，则该形参或对象就是万能引用
• 如果型别声明不精确地具备type&&的形式，或者型别推导并未发生，则type&&就代表右值引用
• 若采用右值来初始化万能引用，就会得到一个右值引用，如果采用左值来初始化，则会得到一个左值引用。

参考：

Effective Modern C++

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