C++进阶之路---C++11相关特性 | 左值引用 | 右值引用

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一、C++11简介

在2003年C++标准委员会曾经提交了一份技术勘误表(简称TC1)，使得C++03这个名字已经取代了C++98称为C++11之前的最新C++标准名称。不过由于C++03(TC1)主要是对C++98标准中的漏洞进行修复，语言的核心部分则没有改动。因此人们习惯性的把两个标准合并称为C++98/03标准。从C++0x到C++11，C++标准10年磨一剑，第二个真正意义上的标准珊珊来迟。相比于C++98/03，C++11则带来了数量可观的变化，其中包含了约140个新特性，以及对C++03标准中约600个缺陷的修正，这使得C++11更像是从C++98/03中孕育出的一种新语言。

相比较而言，C++11能更好地用于系统开发和库开发、语法更加泛华和简单化、更加稳定和安全，不仅功能更强大，而且能提升程序员的开发效率，公司实际项目开发中也用得比较多，所以我们要作为一个重点去学习。

命名小故事：

1998年是C++标准委员会成立的第一年，本来计划以后每5年视实际需要更新一次标准，C++国际标准委员会在研究C++03的下一个版本的时候，一开始计划是2007年发布，所以最初这个标准叫C++07。但是到06年的时候，官方觉得2007年肯定完不成C++07，而且官方觉得2008年可能也完不成。像泉一样“直接摆烂” ，最后干脆叫C++Ox。x的意思是不知道到底能在07还是08还是09年完成。结果2010年的时候也没完成，最后在2011年终于完成了C++标准。所以最终定名为C++11。

二、列表初始化

1.{ }初始化

在C++98中，标准允许使用花括号f对数组或者结构体元素进行统一的列表初始值设定。比如：

struct Point
{int _x;int _y;
};
int main()
{int array1[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };int array2[5] = { 0 };Point p = { 1, 2 };return 0;
}

C++11扩大了用大括号括起的列表(初始化列表)的使用范围，使其可用于所有的内置类型和用户定义的类型，使用初始化列表时，可添加等号(=)，也可不添加。

创建对象时也可以使用列表初始化方式调用构造函数初始化。

class Date
{
public:Date(int year, int month, int day):_year(year), _month(month), _day(day){cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};int main()
{Date d1(2022, 1, 1); // old style// C++11支持的列表初始化，这里会调用构造函数初始化Date d2{ 2022, 1, 2 };Date d3 = { 2022, 1, 3 };return 0;
}

2.std::initializer_list

std::initializer_list是什么类型，先看一下这段代码：

int main()
{// the type of il is an initializer_list auto il = { 10, 20, 30 };cout << typeid(il).name() << endl;return 0;
}

std::initializer_list是C++11引入的一种特殊类型，用于简化初始化列表的语法。它是一个模板类，用于表示一个初始化列表，可以包含多个元素，并且元素的类型可以是任意的。通过使用std::initializer_list，我们可以方便地将一组值作为参数传递给函数或者构造函数。

std::initializer_list提供了以下几个重要的成员函数：

begin()和end()：用于返回指向初始化列表中第一个元素和最后一个元素之后位置的迭代器。

size()：返回初始化列表中元素的个数。

std:initializer_list一般是作为构造函数的参数，C++11对STL中的不少容器就增加

std::initializer_list作为参数的构造函数，这样初始化容器对象就更方便了。也可以作为operator=的参数，这样就可以用大括号赋值。

int main()
{vector<int> v = { 1,2,3,4 };list<int> lt = { 1,2 };// 这里{"sort", "排序"}会先初始化构造一个pair对象map<string, string> dict = { {"sort", "排序"}, {"insert", "插入"} };// 使用大括号对容器赋值v = { 10, 20, 30 };return 0;
}

三、左值引用和右值引用

传统的C++语法中就有引用的语法，而C++11中新增了的右值引用语法特性，所以从现在开始我们之前学习的引用就叫做左值引用。无论左值引用还是右值引用，都是给对象取别名。

1.左值与左值引用

左值是一个表示数据的表达式(如变量名或解引用的指针)，我们可以获取它的地址+可以对它赋值，左值可以出现赋值符号的左边，右值不能出现在赋值符号左边。定义时const修饰符后的左值，不能给他赋值，但是可以取它的地址。

左值引用就是给左值的引用，给左值取别名。

int main()
{// 以下的p、b、c、*p都是左值int* p = new int(0);int b = 1;const int c = 2;// 以下几个是对上面左值的左值引用int*& rp = p;int& rb = b;const int& rc = c;int& pvalue = *p;return 0;
}

2.右值与右值引用

右值也是一个表示数据的表达式，如:字面常量、表达式返回值，函数返回值(这个不能是左值引用返回)等等，右值可以出现在赋值符号的右边，但是不能出现出现在赋值符号的左边，右值不能取地址。右值引用就是对右值的引用，给右值取别名。

int main()
{double x = 1.1, y = 2.2;// 以下几个都是常见的右值10;x + y;fmin(x, y);// 以下几个都是对右值的右值引用int&& rr1 = 10;double&& rr2 = x + y;double&& rr3 = fmin(x, y);// 这里编译会报错：error C2106: “=”: 左操作数必须为左值10 = 1;x + y = 1;fmin(x, y) = 1;return 0;
}

需要注意的是右值是不能取地址的，但是给右值取别名后，会导致右值被存储到特定位置，且可以取到该位置的地址，也就是说例如:不能取字面量10的地址，但是rr1引用后，可以对rr1取地址，也可以修改rr1。如果不想rr1被修改，可以用const int&& rr1去引用，是不是感觉很神奇,这个了解一下实际中右值引用的使用场景并不在于此，这个特性也不重要。

3.左值引用与右值引用比较

左值引用总结：

1.左值引用只能引用左值，不能引用右值。

2.但是const左值引用既可引用左值，也可引用右值。

int main()
{// 左值引用只能引用左值，不能引用右值。int a = 10;int& ra1 = a;// ra为a的别名//int& ra2 = 10;   // 编译失败，因为10是右值// const左值引用既可引用左值，也可引用右值。const int& ra3 = 10;const int& ra4 = a;return 0;
}

右值引用总结：

1.右值引用只能右值，不能引用左值。

2.但是右值引用可以move以后的左值。

int main()
{// 右值引用只能右值，不能引用左值。int&& r1 = 10;// error C2440: “初始化”: 无法从“int”转换为“int &&”// message : 无法将左值绑定到右值引用int a = 10;int&& r2 = a;// 右值引用可以引用move以后的左值int&& r3 = std::move(a);return 0;
}

四、完美转发

       完美转发（perfect forwarding）是指在函数模板中，将参数以原始类型（包括引用和常量修饰）的形式传递给其他函数，并保持参数的值和类型不变。

       在C++中，当我们使用模板函数时，有时候我们希望将参数原封不动地传递给其他函数，而不改变其类型和值。但是在普通的函数模板中，传递参数时可能会发生隐式类型转换或者参数被推导为引用类型而丧失其原始类型的信息，导致无法达到完美转发的效果。

       为了解决这个问题，C++11引入了新的特性：转发引用（forwarding reference，也称为右值引用折叠），通过使用完美转发和std::forward来实现。

void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }template<typename T>
void PerfectForward(T&& t)
{Fun(t);
}
int main()
{PerfectForward(10);int a;PerfectForward(a);// 右值// 左值PerfectForward(std::move(a)); // 右值const int b = 8;PerfectForward(b);// const 左值PerfectForward(std::move(b)); // const 右值return 0;
}

模板中的&&不代表右值引用，而是万能引用，其既能接收左值又能接收右值。模板的万能引用只是提供了能够接收同时接收左值引用和右值引用的能力，但是引用类型的唯一作用就是限制了接收的类型，后续使用中都退化成了左值，我们希望能够在传递过程中保持它的左值或者右值的属性, 就需要用我们下面学习的完美转发。

std::forward完美转发在传参的过程中保留对象原生类型属性

void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int &&x){ cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int &&x){ cout << "const 右值引用" << endl; }
// std::forward<T>(t)在传参的过程中保持了t的原生类型属性。
template<typename T>void PerfectForward(T&& t){Fun(std::forward<T>(t));}
int main()
{PerfectForward(10);int a;PerfectForward(a);// 左值PerfectForward(std::move(a)); // 右值const int b = 8;PerfectForward(b);// 右值// const 左值PerfectForward(std::move(b)); // const 右值return 0;
}

完美转发实际中的使用场景:

template<class T>
struct ListNode
{ListNode* _next = nullptr;ListNode* _prev = nullptr;T _data;
};
template<class T>
class List
{typedef ListNode<T> Node;
public:List(){_head = new Node;_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}void PushBack(T&& x){//Insert(_head, x);Insert(_head, std::forward<T>(x));}void PushFront(T&& x){//Insert(_head->_next, x);Insert(_head->_next, std::forward<T>(x));}void Insert(Node* pos, T&& x){Node* prev = pos->_prev;Node* newnode = new Node;newnode->_data = std::forward<T>(x); // 关键位置// prev newnode posprev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = pos;pos->_prev = newnode;}void Insert(Node * pos, const T & x){Node* prev = pos->_prev;Node* newnode = new Node;newnode->_data = x; // 关键位置// prev newnode posprev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = pos;pos->_prev = newnode;}private:Node* _head;
};
int main()
{List<string> lt;lt.PushBack("1111");lt.PushFront("2222");return 0;
}