万能引用

区分万能引用与右值引用

万能引用写作T&&的形式，与右值引用都是两个&符号，如何区分？

万能引用在两种情况下存在：

1. auto&& 声明变量
2. 函数模板

对于函数模板，还需要更细致的条件：

1. 函数存在 T&& 型别的参数。

   注意只能是 T&& ，不能加任何其他修饰。例如

   const T&& 、 std::vector<T>&& 都不行

2. 模板型别T是根据 T&& 这个参数推导得来的。

   这一点如何理解？举个例子：

   template<typename T>
   class Tpl {
   public:
       void Func(T&& t) {} // 不是万能引用
   };
   

   这个例子里，成员函数Func的参数T&&并不是万能引用，而是右值引用，原因是T的类型在类实例化的时候就已经确定了，并不是在调用Func的时候推断的。

   可以改成下面这种形式：

   template<typename T>
   class Tpl {
   public:
       template<typename U>
       void Func(U&& u) {} // 是万能引用
   };
   

   完美转发

   完美转发指的是通过一个转发函数（下面都用fwd表示），将参数转发给另一个函数（下面都用f表示），就好像直接调用的第二个函数f一样。

   这就要求，调用fwd传入的无论是左值还是右值，都要按原样以左值或右值的形式传递给f。

   常见的例子比如vector的emplace方法，make_shared方法等都是通过完美转发，将参数传递给对应类型的构造函数。

   我们是通过万能引用加forward来实现完美转发的：

   template<typename T>
   void fwd(T&& param) {
     f(std::forward<T>(param));
   }
   

   当然，更通用的做法应该使用可变长形参模板，支持任意数量的参数，这里就不展开了。

   函数的形参一定是左值，哪怕它是个右值引用也一样。所以，fwd内不能直接将形参传给f，必须用过forward还原其左值或右值类型。

   forward是如何做到这一点的呢？

   引用折叠

   forward如何识别参数是左值还是右值呢？其实这个信息藏在模板T中。

   以string为例，当param是左值时，T的类型是左值引用string& ；当param是右值时，T的类型是非引用string。为什么是这样？

   一般来说，我们不能创建引用的引用。但是在模板类型推断等一些情况下，还是会出现引用的引用，这时就需要进行引用的折叠，折叠为一层引用，这其中包含了4种情况：

   • 左值引用的左值引用 折叠为 左值引用
   • 左值引用的右值引用 折叠为 左值引用
   • 右值引用的左值引用 折叠为 左值引用
   • 右值引用的右值引用 折叠为 右值引用

   我们再来看下forward的实现：

   template<typename T>
   T&& forward(typename 
         std::remove_reference<T>::type& param) {
     return static_cast<T&&>(param);
   }
   

   结合前面说的T的类型，当param为左值引用，T是string&，forward返回的T&&仍然是左值引用；当param是右值引用，T是string，forward返回的T&&是右值引用。这样就实现了完美转发。

   完美转发不完美

   完美转发真的”完美”吗？我们来探讨一下完美转发失败的情形。

   大括号初始化

   第一种情况是使用大括号初始化，例如：

   void f(int i) {}
   
   // fwd定义同上节的例子
   
   int main() {
       f({1});   // 合法，等同于f(1)
       fwd({1}); // 不合法
   }
   

   这里编译不通过的原因是：非推断语境。无法推断T的类型。

   ****非推断语境 Non-deduced contexts**** 是指一些情况下，不能进行型别推断。其中一种情况是：当传入参数是初始化列表，且参数类型没有声明是initializer_list类型时，不能进行推断。

   用0或NULL做空指针

   由于0和NULL都是整形，在万能引用中会被推断为int，而非指针，所以会失败。解决办法也很简单，只要使用nullptr代替即可。

   重载的函数名或模板名

   当一个函数有多个重载版本，它作为fwd的参数时，也无法推断。而直接调用f时，可以根据f的签名选择正确的重载版本。对于函数模板也是同样的情况。

   还有一些其他情况，就不一一列举了。总结起来，有时编译器需要根据f的函数签名来进行推断，或者有些参数无法取地址（引用的本质也是指针），就会出现完美转发失败的情况。