浅谈右值引用 移动语义 完美转发 std::move std::forward，窥探模板元编程的一角
右值引用 移动语义 完美转发具体是什么，就不说了，网上一搜一大堆，主要介绍下std::move和std::forwardstd::move std::forward
查下源码，gcc版本:gcc version 7.3.0 (GCC),grep -r "forward(" /usr/include/c++/7.3.0/bits/,move和forward都在/usr/include/c++/7.3.0/bits/move.h文件中，源码如下：
/** 92 *@briefConvert a value to an rvalue. 93 *@param__tA thing of arbitrary type. 94 *@return The parameter cast to an rvalue-reference to allow moving it. 95 */ 96 template<typename _Tp> 97 constexpr typename std::remove_reference<_Tp>::type&& 98 move(_Tp&& __t) noexcept 99 { return static_cast<typename std::remove_reference<_Tp>::type&&>(__t); } /** 66 *@briefForward an lvalue. 67 *@return The parameter cast to the specified type. 68 * 69 *This function is used to implement "perfect forwarding". 70 */ 71 template<typename _Tp> 72 constexpr _Tp&& 73 forward(typename std::remove_reference<_Tp>::type& __t) noexcept 74 { return static_cast<_Tp&&>(__t); } 75 76 /** 77 *@briefForward an rvalue. 78 *@return The parameter cast to the specified type. 79 * 80 *This function is used to implement "perfect forwarding". 81 */ 82 template<typename _Tp> 83 constexpr _Tp&& 84 forward(typename std::remove_reference<_Tp>::type&& __t) noexcept 85 { 86 static_assert(!std::is_lvalue_reference<_Tp>::value, "template argument" 87 " substituting _Tp is an lvalue reference type"); 88 return static_cast<_Tp&&>(__t); 89 }
move forward
本质就是强制类型转换，move并不进行所谓的“移动”
用c++14实现一下，更简单，如下：
// C++14 version of std::movetemplate<typename _Tp>constexpr decltype(auto)move(_Tp&& __t) noexcept{ return static_cast<std::remove_reference_t<_Tp>&&>(__t);}// C++14 version of std::forward for lvaluestemplate<typename _Tp>constexpr decltype(auto)forward(std::remove_reference_t<_Tp>& __t) noexcept{ return static_cast<_Tp&&>(__t);}// C++14 version of std::forward for rvaluestemplate<typename _Tp>constexpr decltype(auto)forward(std::remove_reference_t<_Tp>&& __t) noexcept{ static_assert(!std::is_lvalue_reference_v<_Tp>, "template argument substituting _Tp is an lvalue reference type"); return static_cast<_Tp&&>(__t);}
c++14 move forward
写了一个测试程序，如下：
#include <iostream>#include <utility>// for std::move, std::forward#include <type_traits>// for remove_reference_t, is_lvalue_reference_v// C++14 version of std::movetemplate<typename _Tp>constexpr decltype(auto)move(_Tp&& __t) noexcept{ return static_cast<std::remove_reference_t<_Tp>&&>(__t);}// C++14 version of std::forward for lvaluestemplate<typename _Tp>constexpr decltype(auto)forward(std::remove_reference_t<_Tp>& __t) noexcept{ return static_cast<_Tp&&>(__t);}// C++14 version of std::forward for rvaluestemplate<typename _Tp>constexpr decltype(auto)forward(std::remove_reference_t<_Tp>&& __t) noexcept{ static_assert(!std::is_lvalue_reference_v<_Tp>, "template argument substituting _Tp is an lvalue reference type"); return static_cast<_Tp&&>(__t);}// Test class with move and copy constructorsclass Widget {public: Widget() { std::cout << "Widget default constructor\n"; } Widget(const Widget&) { std::cout << "Widget copy constructor\n"; } Widget(Widget&&) noexcept { std::cout << "Widget move constructor\n"; }};// Function to test std::forwardtemplate <typename T>void forward_test(T&& arg) { Widget w = std::forward<T>(arg);}int main() { // Test std::move Widget widget1; std::cout << "Using std::move:\n"; Widget widget2 = std::move(widget1);// Should call move constructor // Test std::forward with lvalue std::cout << "\nUsing std::forward with lvalue:\n"; Widget widget3; forward_test(widget3);// Should call copy constructor // Test std::forward with rvalue std::cout << "\nUsing std::forward with rvalue:\n"; forward_test(Widget());// Should call move constructor return 0;}
test
因为is_lvalue_reference_v c++17才支持，所以编译：g++ test_move_forward.cpp -o test_move_forward -std=c++17
标签分发
有个全局的names,需要定义两个函数，一个是函数模板用的万能引用，一个函数的参数是普通的int(通过id检索到name，省略此实现)，代码如下：
#include <iostream>#include <type_traits>#include <utility>// for std::forward#include <unordered_set>// 全局数据结构std::unordered_set<std::string> names;// 日志函数void log(const char* message) { std::cout << "Log: " << message << std::endl;}// 模板版本template<typename T>void logAndAdd(T&& name) { log("logAndAdd (perfect forwarding)"); names.emplace(std::forward<T>(name));}void logAndAdd(int idx) { log("logAndAdd (int version)"); // 处理 int 类型的逻辑}int main() { std::string name = "Alice"; int idx = 42; // 测试左值 logAndAdd(name);// 应该调用模板版本 // 测试右值 logAndAdd(std::string("Bob"));// 应该调用模板版本 // 测试 int 类型 logAndAdd(idx); // 测试 short 类型 short idx2 = 222; logAndAdd(idx2); return 0;}
标签分发
上面的代码，没有测试 short 类型的那两行代码，是没问题的，但测试 short 类型的会匹配到完美转发那个函数，下面先用标签分发解决一下，代码如下：
#include <iostream>#include <type_traits>#include <unordered_set>#include <chrono>#include <utility>// for std::forward, std::move>#include <string>// 全局数据结构std::unordered_set<std::string> names;// 日志函数void log(const char* message) { auto now = std::chrono::system_clock::now(); auto time = std::chrono::system_clock::to_time_t(now); std::cout << "Log [" << std::ctime(&time) << "]: " << message << std::endl;}// 完美转发版本template<typename T>auto logAndAddImpl(T&& name) -> std::enable_if_t< !std::is_convertible_v<T, int>, void> { log("logAndAdd (perfect forwarding)"); names.emplace(std::forward<T>(name));}// 普通版本，专门处理 int 类型及其可隐式转换为 int 的类型void logAndAddImpl(int idx) { log("logAndAdd (int version)"); // 处理 int 类型的逻辑 // 例如，将 int 转换为字符串并添加到集合中 names.insert(std::to_string(idx));}// 分发函数template<typename T>void logAndAdd(T&& name) { if constexpr (std::is_convertible_v<T, int>) { logAndAddImpl(static_cast<int>(std::forward<T>(name))); } else { logAndAddImpl(std::forward<T>(name)); }}// 额外的非模板版本，专门处理 int 类型void logAndAdd(int idx) { logAndAddImpl(idx);}int main() { std::string name = "Alice"; int idx = 42; short idx2 = 222; // 测试左值 std::cout << "Testing lvalue:\n"; logAndAdd(name);// 应该调用完美转发版本 // 测试右值 std::cout << "\nTesting rvalue:\n"; logAndAdd(std::string("Bob"));// 应该调用完美转发版本 // 测试 int 类型 std::cout << "\nTesting int type:\n"; logAndAdd(idx);// 应该调用普通版本 // 测试 short 类型 std::cout << "\nTesting short type:\n"; logAndAdd(idx2);// 应该调用普通版本 // 打印全局数据结构中的名字 std::cout << "\nNames in the global set:\n"; for (const auto& name : names) { std::cout << name << std::endl; } return 0;}
标签分发2
SFINAE (enable_if)
代码如下：
#include <iostream>#include <type_traits>#include <unordered_set>#include <chrono>#include <utility>// for std::forward, std::move>#include <string>// 全局数据结构std::unordered_set<std::string> names;// 日志函数void log(const char* message) { auto now = std::chrono::system_clock::now(); auto time = std::chrono::system_clock::to_time_t(now); std::cout << "Log [" << std::ctime(&time) << "]: " << message << std::endl;}// 完美转发版本template<typename T>auto logAndAdd(T&& name) -> std::enable_if_t< !std::is_convertible_v<T, int>, void> { log("logAndAdd (perfect forwarding)"); names.emplace(std::forward<T>(name));}// 普通版本，专门处理 int 类型及其可隐式转换为 int 的类型template<typename T>auto logAndAdd(T&& idx) -> std::enable_if_t< std::is_convertible_v<T, int>, void> { log("logAndAdd (int version)"); // 处理 int 类型的逻辑 // 例如，将 int 转换为字符串并添加到集合中 names.insert(std::to_string(static_cast<int>(idx)));}// 额外的非模板版本，专门处理 int 类型void logAndAdd(int idx) { log("logAndAdd (int version)"); names.insert(std::to_string(idx));}int main() { std::string name = "Alice"; int idx = 42; short idx2 = 222; // 测试左值 std::cout << "Testing lvalue:\n"; logAndAdd(name);// 应该调用完美转发版本 // 测试右值 std::cout << "\nTesting rvalue:\n"; logAndAdd(std::string("Bob"));// 应该调用完美转发版本 // 测试 int 类型 std::cout << "\nTesting int type:\n"; logAndAdd(idx);// 应该调用普通版本 // 测试 short 类型 std::cout << "\nTesting short type:\n"; logAndAdd(idx2);// 应该调用普通版本 // 打印全局数据结构中的名字 std::cout << "\nNames in the global set:\n"; for (const auto& name : names) { std::cout << name << std::endl; } return 0;}
SFINAE
还有一种方式模板特化，就不写代码了，写的脑壳疼
总结
一入模板深似海，推荐两本书:Effective Modern C++,C++ Templates，有大佬有好的书，可以评论区推荐，感谢
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