c++11-17 模板核心知识（十）—— 区分万能引用(universal references)和右值引用

[zhangyachen]

• 引子
• 如何区分
  • 模板参数
    • const disqualify universal reference
  • auto声明

引子

T&&在代码里并不总是右值引用：

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&&代表两种含义：

• 右值引用
• 万能引用(universal references, or forwarding references)

如何区分

万能引用一般出现在两个场景中：

• 模板参数

template<typename T>
void f(T&& param); // param is a universal reference

• auto声明

auto&& var2 = var1; // var2 is a universal reference

我们分别讨论下这两种场景。

模板参数

我们注意到，涉及到万能引用的地方，都会有参数推导的过程，例如上面的T和var2. 而右值引用则没有这个过程：

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

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

但是即使语句设计到参数推导，也不一定就是万能引用。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

这点还是比较好理解的。万能引用需要依靠表达式来初始化自己是右值引用还是左值引用，但是上面这个例子没有表现出这一点，它仅仅是推断了T的类型，但是param的类型一直都是std::vector<T>&&。

我们再举一个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&&为右值引用，因为这个虽然是T&&，但是不涉及到参数推导。当push_back被instantiated时，实际的调用类似于：

std::vector<Widget> v;

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

可以很明显的看出此时没有参数推导的过程。

• template <class... Args> emplace_back(Args&&... args)中的Args&&为万能引用。Args与T是相互独立的，所以Args有一个独立的参数推断过程。

const disqualify universal reference

有意思的是，当参数加上const后，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

至于为什么会有这个规定，按照Why adding const makes the universal reference as rvalue的说法，大体有两点原因：

• const T&&允许你重载一个函数模板，它只接受右值引用。如果const T&&也被当做universal reference，那么将没有办法让函数只接受右值引用。
• 显示禁用某个函数接受右值引用：template <typename T> void cref(const T&&) = delete;

auto声明

对于auto的场景来说，所有的auto&&都是万能引用，因为它总是有参数推导的过程。例如定义一个记录函数执行时间的lambda（C++14中允许使用auto来声明lambda的函数）：

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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