C++编程之 万能引用
创始人
2025-05-28 21:14:13
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万能引用是一种可以同时接受左值或右值的引用,它的形式是T&&,其中T是一个模板参数。万能引用不是C++的一个新特性,而是利用了模板类型推导引用折叠的规则来实现的功能。

模板类型推导

模板类型推导是指在调用一个模板函数时,编译器会根据传入的实参来推导出模板参数的类型。例如:

template
void f(T t) {}int x = 10; // x 是左值
f(x); // 调用f时,T被推导为int(注意而不是int&)
f(20); // 调用f时,T被推导为int

之所以调用f(x)时,T被推导为int,这是因为如果实参是一个左值,那么它会被当作一个右值来处理,除非模板参数的形式是T&或者T&&。例如:

template
void h(T t) {}template
void i(T& t) {}template
void j(T&& t) {}int x = 10; // x 是左值
h(x); // 调用h时,T被推导为int
i(x); // 调用i时,T被推导为int
j(x); // 调用j时,T被推导为int&

你可以看到,在调用h和i时,T都被推导为int,而在调用j时,T才被推导为int&。这是因为在j的模板参数中使用了&&符号,这样就触发了万能引用的机制。

当模板参数的形式为T&的时候:

template
void k(T& t) {}int x = 10; // x 是左值
k(x); // 调用k时,T被推导为int
k(20); // 调用k时,编译错误,因为不能把右值绑定到非常量左值引用上

你可以看到,在调用k时,如果传入一个右值,就会发生编译错误。这是因为右值是临时的,不能被修改或者延长其生命周期。如果想要让模板函数接受右值,可以使用常量左值引用或者右值引用作为模板参数的形式。

引用折叠

引用折叠是指在定义一个引用类型时,如果它本身就是一个引用类型,那么会发生如下的转换:

  • 左值引用& + 左值引用& = 左值引用&
  • 右值引用&& + 右值引用&& = 右值引用&&
  • 左值引用& + 右值引用&& = 左值引用&
  • 右值引用&& + 左值引用& = 左值引用&

例如:

int x = 10; // x 是左值
int &r1 = x; // r1 是左值引用
int &&r2 = 20; // r2 是右值引用// 引入了两个别名类型:
using LRef = int &;
using RRef = int &&;LRef &r3 = r1; // r3 的类型是 LRef &,即 int & &,经过折叠后变为 int &
RRef &&r4 = r2; // r4 的类型是 RRef &&,即 int && &&,经过折叠后变为 int &&
LRef &r5 = r2; // r5 的类型是 LRef &,即 int & &&,经过折叠后变为 int &
RRef &&r6 = r1; // r6 的类型是 RRef &&,即 int && &,经过折叠后变为 int &

结合这两个规则,我们就可以理解万能引用的工作原理。例如:

template
void g(T&& t) {}int x = 10; // x 是左值
g(x); // 调用g时,T被推导为int&(注意不是int),因此t的类型是int& &&// 经过折叠后变为int&(左值)
g(20); // 调用g时,T被推导为int(注意不是int&),因此t的类型是int &&// 经过折叠后仍然是int&&(右值)

你可以看到,在调用g时,t既可以绑定到左值上也可以绑定到右值上,并且保持了原来实参的属性。这就实现了万能引用。

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