C++ 完美转发

为什么要有完美转发 ¶

下面是一个类工厂函数：

template <typename T, typename Arg>
std::shared_ptr<T> factory(Arg arg) {
  return std::shared_ptr<T>( new T(arg));
}

参数对象arg在上面的例子中是传值方式传递，这带来了生成额外临时对象¹的代价，所以我们改成引用传递：

template <typename T, typename Arg>
std::shared_ptr<T> factory(Arg &arg) {
  return std::shared_ptr<T>( new T(arg));
}

但这种实现的问题是不能绑定右值实参。如factory<X>(42)将编译报错，进一步的，我们按常量引用来传递：

template <typename T, typename Arg>
std::shared_ptr<T> factory(const Arg &arg) {
  return std::shared_ptr<T>( new T(arg));
}

这种实现的问题是不能支持移动语义，形参使用右值引用可以解决完美转发问题。

引用折叠 ¶

在C++11之前，我们不能对一个引用类型继续引用，但C++由于右值引用的出现而放宽²了这一做法，从而产生了引用折叠规则，允许我们对引用进行引用，既能左引用，又能右引用。但是却遵循如下规则：

模板参数类型推导 ¶

对函数模板template<typename T>void foo(T&&);，应用上述引用折叠规则，可总结出以下结论：

• 如果实参是类型A的左值，则模板参数T的类型为A&，形参类型为A&；
• 如果实参是类型A的右值，则模板参数T的类型为A&&，形参类型为A&&。

这同样适用于类模板的成员函数模板的类型推导：

template <class T> class vector {
  public:
  // T是类模板参数 ⇒ 该成员函数不需要类型推导;这里的函数参数类型就是T的右值引用
  void push_back(T &&x);   
  
  // 该成员函数是个函数模板，有自己的模板参数，需要类型推导
  template <typename Args> void emplace_back(Args &&args); } 

函数模板的形参必须是T&&形式，才需要模板参数类型推导。即使形参声明为const T&&形式，就只能按字面意义使用，不需要模板参数类型推导。

完美转发 ¶

下面是上述代码完美转发版本的实现：

template <typename T, typename Arg>
shared_ptr<T> factory(Args&& arg) {
  return std::shared_ptr<T>( new T(std::forward<Arg>(arg)) );
}

其中std::forward是定义在标准库<utility>中的模板函数：

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

std::remove_reference是个类模板，定义在标准库<type_traits>中，用于移除类型的引用其中定义的类型type是引用的基类型。

template< class T > struct remove_reference      {typedef T type;};
template< class T > struct remove_reference<T&>  {typedef T type;};
template< class T > struct remove_reference<T&&> {typedef T type;};

• 实参的数据类型是左值引用类型S&时(T = S&)，t的类型为S&，static_cast<S& &&>(t)折叠为static_cast<S&>(t)
• 实参的数据类型是右值引用类型S&&时(T = S&&)，t的类型为S&&，static_cast<S&& &&>(t)折叠为static_cast<S&&>(t)

References ¶

https://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E5%8F%B3%E5%80%BC%E5%BC%95%E7%94%A8