C++中的右值引用

摘要

本文介绍C++中右值引用的含义、以及注意事项。

右值引用的含义

《C++ primer》第5版中说明了右值引用的含义：

所谓右值引用就是必须绑定到右值的引用

举例来说：

int i = 42;
int &r = i; // 左值引用绑定到左值上
int &&rr = i; // 错误，右值引用不能绑定到左值上
int &&rri = i * 42; //正确，i*42是右值

此外，《C++ primer》中还说明了右值引用的重要性质：

只能绑定到一个将要销毁的对象

需要注意的是，右值引用变量本身是左值，所以不能用一个右值引用变量初始化一个右值引用。

int &&rx = rri; //错误，rri是一个右值引用变量，是左值

那么，到底为什么说一个右值引用变量是一个左值呢？左右值的理解就是，

• 程序员可以取地址的是左值。
• 程序员不能取地址的是右值。
  这里，rri是一个变量，具有名字，可以取地址，所以说是左值。

左值引用和右值引用的区别

学了左值引用和右值引用，自然要问这两个的区别是什么？左值引用和右值引用的区别就是初始化使用的规则不一样，其余都一样。

左值引用：只能使用左值进行初始化（除了，常量左值引用可以使用字面量初始化）
右值引用：只能使用右值初始化

在使用的时候，左值引用和右值引用无任何区别。

编译器如何对待右值引用？

既然右值引用只能绑定到右值上，并且右值引用变量本身是左值，自然就有以下疑问：
问题1：右值引用绑定的是右值，而右值是将要消亡的，但是右值引用变量本身又是左值，左值就代表着是持久的。那么把编译器是如何实现的？
问题2：按照我的这篇随笔中的理解，我把右值理解成水，把引用理解成标签，那么把一个右值引用（标签）绑定到了右值（水）上，就说不通了，怎么解释？

来看一下汇编代码：

右值引用的反汇编例子

也就是说，当一个即将消亡的值被一个右值引用变量绑定时，编译器会先把该值保存到栈上，然后把保存位置的内存地址赋值给右值引用。 从水桶和水的关系解释，编译器先创建了一个水桶，把水倒进水桶，并把标签贴到该水桶上。这就是当一个右值引用绑定到右值时，编译器的做法。

用法

当然，平时使用的话还是无需关心编译器怎么处理的细节，只需要关心什么时候能用，什么时候不能用就行了。
什么时候不能用：

• 函数返回内部变量的右值引用：
  比如：

int && test() {
    int x = 1;
    return x + 1; // 未定义行为，最好别用
}

什么时候能用：
右值引用主要的用途：

• 实现移动语义。
• 实现完美转发。

总结

本文关键点：

• 右值引用只能绑定到右值上。
• 右值引用变量是左值。
• 右值引用变量指向的是一片内存，这片内存中存了值。所以，一个函数不能返回内部值的右值引用。
• 使用右值引用实现移动语义和完美转发。

参考

• [1]C++ Rvalue References: The Unnecessarily Detailed Guide