C++11类型系统

C++ feels like a new language. -- Bjarne Stroustrup

1. 类型推演
2. 右值引用
3. 通用引用
4. 剖析std::move
5. 剖析std::forward
6. 总结

类型推演

增强了的「类型系统」是C++11最大的优化亮点之一，为此需要深入剖析「类型推演」的工作机理，并能灵活地运用auto, decltype，这是C++11最重要的基石。

template与auto

C++98早已具备类型推演的能力，用于模板的类型推演。

在C++11中，auto与template的类型推演能力基本类似，只存在唯一的差异：Braced Initialization，或称为Universal Initialization。

非常量的左值引用

需要注意的是，推演auto &r2 = r, auto &cr2 = cr时，即使r(int&), cr(const int&)是引用变量，需要去除引用后再尝试类型推演，因为使用「引用变量」等价于使用其「引用对象」本身。

常量的左值引用

因为const T&，const auto&已经具备了const的属性，当const的左值对象赋予它所发生的自动类型推演，其模板参数T，及其auto的类型无需推演为const属性。

指向非常量的指针

指针的推演能力与引用类似。

需要注意auto *p = &i; auto p = &i两种写法的不一样，一种是显式的指针类型，另外一种完全依赖于auto的类型推演能力。

指向常量的指针

与指向非常量的指针推演机制一致，在此不再冗述。

按值传递

Pass-By-Value，经过拷贝之后，两者之间已无任何瓜葛，为此const的处理机制有别于其他情况。

但存在两类特殊的，遗留的C-Style情况，为保证兼容性，存在特殊的类型推演机制。

遗留的C-style字符串

遗留的C-style函数

通用引用：Universal Reference

所谓Universal Reference，因为其能Can bind to anything，所以称为「通用引用」，具有如下方面的特点：

• Can bind to lvalue or rvalue;
• Can bind to const/non-const, volatile/non-volatile, or both;
• So, it can bind to anything.

需要注意的是，Universal Reference并非「右值引用(Rvalue Reference)」，即使它们两者都有类似的T &&的修饰符。规则非常简单，Universal Reference具备两个最基本的特征：

• T &&, auto&&: 必须具备的句法结构
• type reduce：必须发生类型推演

可以简单归纳之，Universal Reference出现于如下两种常见：

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

auto&& r = i;

Universal Reference类型推演也存在特殊性：

• Universal Reference持有左值时，发生Reference Collapsing机制。例如auto&& t = i，当auto推演为int&，auto&& t推演为int& && t，而int& &&经过Reference Collapsing机制，被进一步规约为int&，与原来它持有左值刚好匹配。

• Universal Reference持有右值时，推演规则较为直观，例如auto&& t = 10，当auto被推演为int，则auto&& t推演为int&& t，与原来它持有右值刚好匹配。

通用初始化：Braced Initialization

这是template与auto类型推演能力之间存在的唯一差别。

右值引用

「右值引用」(Rvalue Reference) 与「通用引用」(Universal Reference)是两个不同的概念，非常容易混淆，本文试图揭示两者之间的本质的差异。

左值与右值

「左值」与「右值」并非C++11的产物，早已是C++类型系统的一部分了，并且两者之间存在明显的区别。

举个例子，进一步明细两者之间的差异。此处使用auto&&的Universal Reference，它会根据「左值」自动推演为「左值引用」，而「右值」推演为「右值引用」。

右值引用

在C++98中，只存在「左值引用」，遗恨缺失「右值引用」的概念，也因此丢失了部分性能优化的空间。C++11中引入了「右值引用」，弥补之前的过失，结合「移动」(move)的机制，进一步提高了C++在特殊场景的性能。

所谓右值引用，即「右值」的引用；之前惯称的「引用」，其实是「左值引用」的简称。「左值引用」只能引用「左值」，「右值引用」只能引用「右值」。

通用引用

「通用引用」并非「左值引用」，即使它们之间都具有&&的语法结构。「通用引用」即可以持有「左值」，也可以持有「右值」，是一种「通用」的引用类型。而「右值引用」只能引用「右值」。

特征

• void f(Object&& o)，因为未发生类型推演，为右值引用
• template <typename T> void f(std::vector<T>&& v)，因为不是T&&的句法结构，为右值引用

可以简单归纳之，「通用引用」出现于如下两种常见：

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

auto&& r = i;

样例

std::vector新增加的「右值引用」的push_back，及其「通用引用」的emplace_back是最好的案例。

剖析std::move

C++11实现

当传递左值时

经过如下的类型推演过程，当传递「左值」时，std::move强制转为换「右值引用」。

当传递右值时

经过如下的类型推演过程，当传递「右值」时，std::move顺水推舟，传递「右值引用」。综上述，借助「通用引用」的能力，std::move其实完成了「无条件的」右值引用转换规则。

C++14改进实现

剖析std::forward

C++11实现

当传递左值时

经过如下的类型推演过程得知，当传递「左值」时，std::forward完成「左值」的「转发」机制。

当传递右值时

经过如下的类型推演过程得知，当传递「右值」时，std::forward也完成「右值」的「转发」机制。为此，std::forward的机制，完成了C++11的「完美转换」(Perfect Forward)的机制。

C++14改进实现

习惯用法

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