C++中的万能引用和完美转发
- 阅读这篇博文需要了解C++中的左值（lvalue）和右值（rvalue）的概念，详情参见我的另外一篇博文：C++移动语义及拷贝优化
- 万能引用和完美转发多涉及到模板的使用，如若不是自己写模板，则可不用关心
万能引用（Universal Reference）
首先，我们来看一个例子：
#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
template<typename T>
void func(T& param) {
cout << param << endl;
}
int main() {
int num = 2019;
func(num);
return 0;
}
这样例子的编译输出都没有什么问题，但是如果我们修改成下面的调用方式呢？
int main() {
func(2019);
return 0;
}
则会得到一个大大的编译错误。因为上面的模板函数只能接受左值或者左值引用（左值一般是有名字的变量，可以取到地址的），我们当然可以重载一个接受右值的模板函数，如下也可以达到效果。
template<typename T>
void func(T& param) {
cout << "传入的是左值" << endl;
}
template<typename T>
void func(T&& param) {
cout << "传入的是右值" << endl;
}
int main() {
int num = 2019;
func(num);
func(2019);
return 0;
}
输出结果：
传入的是左值
传入的是右值
第一次函数调用的是左值得版本，第二次函数调用的是右值版本。但是，有没有办法只写一个模板函数即可以接收左值又可以接收右值呢？
C++ 11中有万能引用（Universal Reference）的概念：使用T&&类型的形参既能绑定右值，又能绑定左值。
但是注意了：只有发生类型推导的时候，T&&才表示万能引用；否则，表示右值引用。
所以，上面的案例我们可以修改为：
template<typename T>
void func(T&& param) {
cout << param << endl;
}
int main() {
int num = 2019;
func(num);
func(2019);
return 0;
}
引用折叠（Reference Collapse）
万能引用说完了，接着来聊引用折叠（Reference Collapse），因为完美转发（Perfect Forwarding）的概念涉及引用折叠。一个模板函数，根据定义的形参和传入的实参的类型，我们可以有下面四中组合：
- 左值-左值 T& & # 函数定义的形参类型是左值引用，传入的实参是左值引用
- 左值-右值 T& && # 函数定义的形参类型是左值引用，传入的实参是右值引用
- 右值-左值 T&& & # 函数定义的形参类型是右值引用，传入的实参是左值引用
- 右值-右值 T&& && # 函数定义的形参类型是右值引用，传入的实参是右值引用
但是C++中不允许对引用再进行引用，对于上述情况的处理有如下的规则：
所有的折叠引用最终都代表一个引用，要么是左值引用，要么是右值引用。规则是：如果任一引用为左值引用，则结果为左值引用。否则（即两个都是右值引用），结果为右值引用。
即就是前面三种情况代表的都是左值引用，而第四种代表的右值引用。
完美转发（Perfect Forwarding）
下面接着说完美转发（Perfect Forwarding），首先，看一个例子：
#include <iostream>
using std::cout;
using std::endl;
template<typename T>
void func(T& param) {
cout << "传入的是左值" << endl;
}
template<typename T>
void func(T&& param) {
cout << "传入的是右值" << endl;
}
template<typename T>
void warp(T&& param) {
func(param);
}
int main() {
int num = 2019;
warp(num);
warp(2019);
return 0;
}
猜一下，上面的输出结果是什么？
传入的是左值
传入的是左值
是不是和我们预期的不一样，下面我们来分析一下原因：
warp()函数本身的形参是一个万能引用，即可以接受左值又可以接受右值；第一个warp()函数调用实参是左值，所以，warp()函数中调用func()中传入的参数也应该是左值；第二个warp()函数调用实参是右值，根据上面所说的引用折叠规则，warp()函数接收的参数类型是右值引用，那么为什么却调用了调用func()的左值版本了呢？这是因为在warp()函数内部，左值引用类型变为了右值，因为参数有了名称，我们也通过变量名取得变量地址。
那么问题来了，怎么保持函数调用过程中，变量类型的不变呢？这就是我们所谓的“完美转发”技术，在C++11中通过std::forward()函数来实现。我们修改我们的warp()函数如下：
template<typename T>
void warp(T&& param) {
func(std::forward<T>(param));
}
则可以输出预期的结果。
