第16课 右值引用(3)_std::forward与完美转发
1. std::forward原型
template <typename T>
T&& forward(typename std::remove_reference<T>::type& param) //左值引用版本
{
return static_cast<T&&>(param);
} template <typename T>
T&& forward(typename std::remove_reference<T>::type&& param) //右值引用版本
{
//param被右值初始化时,T应为右值引用类型,如果T被绑定为左值引用则报错。
static_assert(!std::is_lvalue_reference<_Tp>::value, "template argument"
" substituting _Tp is an lvalue reference type"); return static_cast<T&&>(param);
} //其中remove_reference的实现如下
//1. 特化版本(一般的类)
template <typename T>
struct remove_reference
{
typedef T type;
}; //2. 左值引用版本
template <typename T>
struct remove_reference<T&>
{
typedef T type;
}; //3. 右值引用版本
template <typename T>
struct remove_reference<T&&>
{
typedef T type;
};
2. 完美转发(Perfect Forwarding)
(1)完美转发:是指在函数模板中,完全依照模板的参数类型(即保持实参的左值、右值特性),将实参传递给函数模板中调用的另外一个函数。
(2)原理分析
class Widget{}; //完美转发
template<typename T>
void func(T&& fparam) //fparam是个Universal引用
{
doSomething(std::forward<T>(fparam));
} //1. 假设传入func是一个左值的Widget对象, T被推导为Widget&,则forward如下:
Widget& && forward(typename std::remove_reference<Widget&>::type& param)
{
return static_cast<Widget& &&>(param);
}
//==>引用折叠折后
Widget& forward(Widget& param)
{
return static_cast<Widget&>(param);
} //2. 假设传入func是一个右值的Widget对象, T被推导为Wiget,则forward如下:
Widget&& forward(typename std::remove_reference<Widget>::type& param)
{
return static_cast<Widget&&>(param);
}
(3)std::forward和std::move的联系和区别
①std::move是无条件转换,不管它的参数是左值还是右值,都会被强制转换成右值。就其本身而言,它没有move任何东西。
②std::forward是有条件转换。只有在它的参数绑定到一个右值时,它才转换它的参数到一个右值。当参数绑定到左值时,转换后仍为左值。
③对右值引用使用std::move,对universal引用则使用std::forward
④如果局部变量有资格进行RVO优化,不要把std::move或std::forward用在这些局部变量中
⑤std::move和std::forward在运行期都没有做任何事情。
【编程实验】不完美转发和完美转发
#include <iostream>
//#include <utility> //for std::forward
using namespace std; void print(const int& t)
{
cout <<"lvalue" << endl;
} void print(int&& t)
{
cout <<"rvalue" << endl;
} template<typename T>
void Test(T&& v) //v是Universal引用
{
//不完美转发
print(v); //v具有变量,本身是左值,调用print(int& t) //完美转发
print(std::forward<T>(v)); //按v被初始化时的类型转发(左值或右值) //强制将v转为右值
print(std::move(v)); //将v强制转为右值,调用print(int&& t)
} int main()
{
cout <<"========Test(1)========" << endl;
Test(); //传入右值 int x = ;
cout <<"========Test(x)========" << endl;
Test(x); //传入左值 cout <<"=====Test(std::forward<int>(1)===" << endl;
Test(std::forward<int>()); //T为int,以右值方式转发1
//Test(std::forward<int&>(1)); //T为int&,需转入左值 cout <<"=====Test(std::forward<int>(x))===" << endl;
Test(std::forward<int>(x)); //T为int,以右值方式转发x
cout <<"=====Test(std::forward<int&>(x))===" << endl;
Test(std::forward<int&>(x)); //T为int,以左值方式转发x return ;
}
/*输出结果
e:\Study\C++11\16>g++ -std=c++11 test2.cpp
e:\Study\C++11\16>a.exe
========Test(1)========
lvalue
rvalue
rvalue
========Test(x)========
lvalue
lvalue
rvalue
=====Test(std::forward<int>(1)===
lvalue
rvalue
rvalue
=====Test(std::forward<int>(x))===
lvalue
rvalue
rvalue
=====Test(std::forward<int&>(x))===
lvalue
lvalue
rvalue
*/
3.万能的函数包装器
(1)利用std::forward和可变参数模板实现
①可将带返回值、不带返回值、带参和不带参的函数委托万能的函数包装器执行。
②Args&&为Universal引用,因为这里的参数可能被左值或右值初始化。Funciont&&也为Universal引用,如被lambda表达式初始化。
③利用std::forward将参数正确地(保持参数的左、右值属性)转发给原函数
【编程实验】万能的函数包装器
#include <iostream>
using namespace std; //万能的函数包装器
//可将带返回值、不带返回值、带参和不带参的函数委托万能的函数包装器执行 //注意:Args&&表示Universal引用,因为这里的参数可能被左值或右值初始化
// Funciont&&也为Universal引用,如被lambda表达式初始化
template<typename Function, class...Args>
auto FuncWrapper(Function&& func, Args&& ...args)->decltype(func(std::forward<Args>(args)...))
{
return func(std::forward<Args>(args)...);
} void test0()
{
cout << "void test0()" << endl;
} int test1()
{
return ;
} int test2(int x)
{
return x;
} string test3(string s1, string s2)
{
return s1 + s2;
} int main()
{ FuncWrapper(test0); cout << "int test1(): ";
cout << FuncWrapper(test1) << endl; cout << "int test2(int x): " ;
cout << FuncWrapper(test2, ) << endl; cout << "string test3(string s1, string s2): ";
cout << FuncWrapper(test3, "aa", "bb") << endl; cout << "[](int x, int y){return x + y;}: ";
cout << FuncWrapper([](int x, int y){return x + y;}, , ) << endl; return ;
}
/*输出结果:
e:\Study\C++11\16>g++ -std=c++11 test3.cpp
e:\Study\C++11\16>a.exe
void test0()
int test1(): 1
int test2(int x): 1
string test3(string s1, string s2): aabb
[](int x, int y){return x + y}: 3
*/
(2)emplace_back减少内存拷贝和移动
①emplace_back的实现原理类似于“万能函数包装器”,将参数std::forward转发给元素类的构造函数。实现上,首先为该元素开辟内存空间,然后在这片空间中调用placement new进行初始化,这相当于“就地”(在元素所在内存空间)调用元素对象的构造函数。
②而push_back会先将参数转为相应的元素类型,这需要调用一次构造函数,再将这个临时对象拷贝构造给容器内的元素对象,所以共需要一次构造和一次拷贝构造。从效率上看不如emplace_back,因为后者只需要一次调用一次构造即可。
③一般传入emplace_back的是构造函数所对应的参数(也只有这样传参才能节省一次拷贝构造),所以要求对象有相应的构造函数,如果没有对应的构造函数,则只能用push_back,否则编译会报错。如emplace_back(int, int),则要求元素对象需要有带两个int型的构造函数。
【编程实验】emplace_back减少内存拷贝和移动
#include <iostream>
#include <vector> using namespace std; class Test
{
int m_a;
public:
static int m_count; Test(int a) : m_a(a)
{
cout <<"Test(int a)" << endl;
} Test(const Test& t) : m_a(t.m_a)
{
++m_count;
cout << "Test(const Test& t)" << endl;
} Test& operator=(const Test& t)
{
this->m_a = t.m_a;
return *this;
}
}; int Test::m_count = ; int main()
{
//创建10个值为1的元素
Test::m_count = ;
vector<Test> vec(, ); //首先将1转为Test(1),会调用1次Test(int a)。然后,利用Test(1)去拷贝构造10个元素,所以
//调用10次拷贝构造。
cout << "vec.capacity():" << vec.capacity() << ", "; //
cout << "vec.size():" << vec.size() << endl; //10,空间己满 Test::m_count = ;
vec.push_back(Test()); //由于capacity空间己满。首先调用Test(1),然后再push_back中再拷贝
//构造10个元素(而不是1个,为了效率),所以调用10次拷贝构造
cout << "vec.capacity():" << vec.capacity() << ", "; //
cout << "vec.size():" << vec.size() << endl; //11,空间未满 Test::m_count = ;
vec.push_back(); //先调用Test(1),然后调用1次拷贝构造
cout << "vec.capacity():" << vec.capacity() << ", "; //
cout << "vec.size():" << vec.size() << endl; //12,空间未满 Test::m_count = ;
vec.emplace_back(); //由于空间未满,直接在第12个元素位置调用placement new初始化那段空间
//所以就会调用构造函数,节省了调用拷贝构造的开销
cout << "vec.capacity():" << vec.capacity() << ", "; //
cout << "vec.size():" << vec.size() << endl; //13,空间未满 Test::m_count = ;
vec.emplace_back(Test()); //先调用Test(1),再调用拷贝构造(注意与vec.emplace_back(1)之间差异)
cout << "vec.capacity():" << vec.capacity() << ", "; //
cout << "vec.size():" << vec.size() << endl; //14,空间未满 return ;
}
/*输出结果
e:\Study\C++11\16>g++ -std=c++11 test4.cpp
e:\Study\C++11\16>a.exe
Test(int a)
... //中间省略了调用10次Test(const Test& t)
vec.capacity():10, vec.size():10
Test(int a)
... //中间省略了调用10次Test(const Test& t)
vec.capacity():20, vec.size():11
Test(int a)
Test(const Test& t)
vec.capacity():20, vec.size():12
Test(int a)
vec.capacity():20, vec.size():13
Test(int a)
Test(const Test& t)
vec.capacity():20, vec.size():14
*/
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