C++—完美转发

1. std::forawrd

std::forward<T>(arg) 可以实现完美转发，即如果 arg 是一个右值引用，则转发之后结果仍是右值引用；反之，如果 arg 是一个左值引用，则转发之后结果仍是左值引用.

#include <iostream>

struct BigObject
{
    char data[1 << 10];
};

void g(BigObject& o)
{
    std::cout << "lvalue reference\n";
}

void g(BigObject&& o)
{
    std::cout << "rvalue reference\n";
}

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


int main()
{
    BigObject o;
    f(o);

    f(BigObject());
}

lvalue reference
rvalue reference

2. 为什么需要完美转发？

• 在函数模板编程中，常有一种场景是使用模板参数去调用另一个函数（如，上例中 f 去调用 g），这时候如果只提供值传递版本会显得效率太低。
• 函数的参数一般会尽可能地设为引用类型，以避免对象拷贝带来的高昂开销.
• 为了使一个函数既可以接受左值，又可以接受右值，C++11 之前的解决方案是将参数类型设为 const Type&. 但这并不是很方便，如限制了参数是常量.
• 如果函数 g 既提供了左值引用版本和右值引用版本，则最好的情况是函数 f 可以根据参数类型去调用相应版本的 g. 而完美转发正可以满足此要求.

3. 引用折叠规则

• 右值引用和右值引用叠加将得到右值引用；
• 右值引用和左值引用叠加将得到左值引用；
• 左值引用和左值引用叠加将得到左值引用.

template <typename T>
using TR = T&;
                           // v 的类型
TR<int> v;                 // int&
TR<int>& v;                // int&
TR<int>&& v;               // int&

template <typename T>
using TRR = T&&;
                            // v 的类型
TRR<int> v;                 // int&&
TRR<int>& v;                // int&
TRR<int>&& v;               // int&&

4. 完美转发的原理

template< class T >
T&& forward( typename std::remove_reference<T>::type& t ) noexcept;

template< class T >
T&& forward( typename std::remove_reference<T>::type&& t ) noexcept;

std::remove_reference<T> 的作用就是去掉 T 中的引用，它是通过模板特化来实现：

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;};

根据上述引用折叠规则，如果 T 是 int&，则 T&& 即为 int&；反之，如果 T 是 int&&，则 T&& 为 int&&.

5. forwarding reference

上例函数 f 中的 T&& 实际上被称为 forwarding reference. 它是一种特殊类型的引用，它保留了函数参数的值类别（category），使得可以通过 std::forward 来转发它.

forwarding reference 包括以下两种：

• 在函数模板中，没有被 const 或 volatile 修饰的、声明为右值引用的类型形参：

  template<class T>
  int f(T&& x) {                    // x is a forwarding reference
    return g(std::forward<T>(x)); // and so can be forwarded
  }
  
  template<class T>
  int g(const T&& x); // x is not a forwarding reference: const T is not cv-unqualified

• auto&&，但如果它跟着一个花括号括起的初始值列表，则它不是 forwarding reference：

  auto&& vec = foo();       // foo() may be lvalue or rvalue, vec is a forwarding reference
  g(std::forward<decltype(vec)>(vec)); // forwards, preserving value category
  
  auto&& z = {1, 2, 3}; // *not* a forwarding reference (special case for initializer lists)
  
  for (auto&& x: f()) {
  // x is a forwarding reference; this is the safest way to use range for loops
  }