C++ 右值引用 (Rvalue References)

右值引用是C++11引入的革命性特性，它彻底改变了C++中资源管理和参数传递的方式。下面我将从多个维度深入讲解右值引用。

一、核心概念

1. 值类别(Value Categories)

lvalue (左值): 有标识符、可取地址的表达式
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```
int x = 10;  // x是左值
int* p = &x; // 可以取地址
```

rvalue (右值): 临时对象，没有持久性

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42          // 字面量是右值
x + 1       // 表达式结果是右值
std::move(x) // 转换为右值

2. 引用类型

左值引用: T&
右值引用: T&&
常量左值引用: const T& (可以绑定到右值)

二、移动语义实现

移动构造函数示例

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class Buffer {
public:
    Buffer(size_t size) : size_(size), data_(new int[size]) {}
    
    // 移动构造函数
    Buffer(Buffer&& other) noexcept 
        : size_(other.size_), data_(other.data_) {
        other.size_ = 0;
        other.data_ = nullptr;  // 确保other处于有效状态
    }
    
    ~Buffer() { delete[] data_; }
    
private:
    size_t size_;
    int* data_;
};

移动赋值运算符

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Buffer& operator=(Buffer&& other) noexcept {
    if (this != &other) {
        delete[] data_;  // 释放现有资源
        
        data_ = other.data_;
        size_ = other.size_;
        
        other.data_ = nullptr;
        other.size_ = 0;
    }
    return *this;
}

三、完美转发机制

引用折叠规则

当模板参数推导遇到引用时:

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template <typename T>
void func(T&& param) {
    // T&&会根据传入参数类型折叠:
    // 传入左值: T = X& → T&& = X& && = X&
    // 传入右值: T = X → T&& = X&&
}

std::forward实现

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

四、实际应用场景

1. 容器优化

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std::vector<std::string> createStrings() {
    std::vector<std::string> v;
    v.reserve(3);
    v.push_back("hello");
    v.push_back(std::string(1000, 'x'));  // 避免大字符串复制
    return v;  // NRVO或移动语义生效
}

2. 工厂函数

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template <typename T, typename... Args>
std::unique_ptr<T> make_unique(Args&&... args) {
    return std::unique_ptr<T>(new T(std::forward<Args>(args)...));
}

五、注意事项与陷阱

移动后对象状态

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std::string s1 = "hello";
std::string s2 = std::move(s1);
// s1现在处于有效但未指定状态

不要移动局部变量

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std::string createString() {
    std::string s = "temp";
    return std::move(s);  // 错误! 妨碍NRVO
}

基本类型无移动优势

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int x = 10;
int y = std::move(x);  // 仍然是复制，无性能提升

六、现代C++扩展

1. 移动迭代器(C++14)

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std::vector<std::string> merge(
    std::vector<std::string>&& a, 
    std::vector<std::string>&& b) {
    
    std::vector<std::string> result;
    result.insert(result.end(), 
                 std::make_move_iterator(a.begin()),
                 std::make_move_iterator(a.end()));
    // ...
}

2. 结构化绑定中的移动(C++17)

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auto [a, b] = getPair();  // 自动应用移动语义

右值引用与移动语义是现代C++高效编程的基石，正确使用可以显著提升程序性能，特别是在处理资源密集型对象时。理解其原理和适用场景对于编写现代C++代码至关重要。