新特性的目的
右值引用 (Rvalue Referene) 是 C++ 新標准 (C++11, 11 代表 2011 年 ) 中引入的新特性 , 它 實現了轉移語義 (Move Sementics) 和精確傳遞 (Perfect Forwarding)。它的主要目的有兩個方面：
消除兩個對象交互時不必要的對象拷貝，節省運算存儲資源，提高效率。
能夠更簡潔明確地定義泛型函數。
左值與右值的定義
C++( 包括 C) 中所有的表達式和變量要麼是左值，要麼是右值。通俗的 左值的定義就是非臨時對象，那些可以在多條語句中使用的對象。所有的變量都滿足這個定義，在多條 代碼中都可以使用，都是左值。右值是指臨時的對象，它們只在當前的語句中有效。請看下列示例 :
簡單的賦值語句
如：int i = 0;
在這條語句中，i 是左值，0 是臨時值，就 是右值。在下面的代碼中，i 可以被引用，0 就不可以了。立即數都是右值。
右值也可以出現在賦 值表達式的左邊，但是不能作為賦值的對象，因為右值只在當前語句有效，賦值沒有意義。
如 ：((i>0) ? i : j) = 1;
在這個例子中，0 作為右值出現在了”=”的左邊。但是賦值對象 是 i 或者 j，都是左值。
在 C++11 之前，右值是不能被引用的，最大限度就是用常量引用綁 定一個右值，如 :
const int &a = 1;
在這種情況下，右值不能被修改的。但是 實際上右值是可以被修改的，如 :
T().set().get();
T 是一個類，set 是一個函數為 T 中的一個變量賦值，get 用來取出這個變量的值。在這句中，T() 生成一個臨時對象，就是右值， set() 修改了變量的值，也就修改了這個右值。
既然右值可以被修改，那麼就可以實現右值引 用。右值引用能夠方便地解決實際工程中的問題，實現非常有吸引力的解決方案。
左值和右 值的語法符號
左值的聲明符號為”&”， 為了和左值區分，右值的聲明符號為”&&”。
示例 程序 :
void process_value(int& i) {
std::cout << "LValue processed: " << i << std::endl;
}
void process_value(int&& i) {
std::cout << "RValue processed: " << i << std::endl;
}
int main() {
int a = 0;
process_value(a);
process_value(1);
}
運行結果 :
LValue processed: 0
RValue processed: 1
Process_value 函數被重載，分別接受左值和右值。由輸出結果可以看出，臨時對象是作為右 值處理的。
但是如果臨時對象通過一個接受右值的函數傳遞給另一個函數時，就會變成左值， 因為這個臨時對象在傳遞過程中，變成了命名對象。
示例程序 :
void
process_value(int& i) {
std::cout << "LValue processed: " << i << std::endl;
}
void process_value(int&& i) {
std::cout << "RValue processed: " << i << std::endl;
}
void forward_value(int&& i) {
process_value(i);
}
int main() {
int a = 0;
process_value(a);
process_value(1);
forward_value(2);
}
運行結果 :
LValue processed: 0
RValue processed: 1
LValue processed: 2
雖然 2 這個立即數在函數 forward_value 接收時是右值，但到了 process_value 接收時，變成了左值。
轉移語義的定義
右值引用是用來支持轉移語義的 。轉移語義可以將資源 ( 堆，系統對象等 ) 從一個對象轉移到另一個對象，這樣能夠減少不必要的臨 時對象的創建、拷貝以及銷毀，能夠大幅度提高 C++ 應用程序的性能。臨時對象的維護 ( 創建和銷毀 ) 對性能有嚴重影響。
轉移語義是和拷貝語義相對的，可以類比文件的剪切與拷貝，當我們將 文件從一個目錄拷貝到另一個目錄時，速度比剪切慢很多。
通過轉移語義，臨時對象中的資源 能夠轉移其它的對象裡。
在現有的 C++ 機制中，我們可以定義拷貝構造函數和賦值函數。要實 現轉移語義，需要定義轉移構造函數，還可以定義轉移賦值操作符。對於右值的拷貝和賦值會調用轉移 構造函數和轉移賦值操作符。如果轉移構造函數和轉移拷貝操作符沒有定義，那麼就遵循現有的機制， 拷貝構造函數和賦值操作符會被調用。
普通的函數和操作符也可以利用右值引用操作符實現轉 移語義。
實現轉移構造函數和轉移賦值函數
以一個簡單的 string 類為示例，實現拷貝 構造函數和拷貝賦值操作符。
示例程序 :
class MyString {
private:
char* _data;
size_t _len;
void _init_data(const char *s) {
_data = new char[_len+1];
memcpy(_data, s, _len);
_data[_len] = '\0';
}
public:
MyString() {
_data = NULL;
_len = 0;
}
MyString(const char* p) {
_len = strlen (p);
_init_data(p);
}
MyString(const MyString& str) {
_len = str._len;
_init_data(str._data);
std::cout << "Copy Constructor is called! source: " << str._data <<
std::endl;
}
MyString& operator=(const MyString& str) {
if (this != &str) {
_len = str._len;
_init_data(str._data);
}
std::cout << "Copy Assignment is called! source: " << str._data <<
std::endl;
return *this;
}
virtual ~MyString() {
if (_data) free(_data);
}
};
int main() {
MyString a;
a = MyString("Hello");
std::vector<MyString> vec;
vec.push_back(MyString("World"));
}
運行結果 :
Copy Assignment is called! source: Hello
Copy Constructor is called! source: World
這個 string 類已經基本滿足我們演示的需要。在 main 函數中，實 現了調用拷貝構造函數的操作和拷貝賦值操作符的操作。MyString(“Hello”) 和 MyString(“World ”) 都是臨時對象，也就是右值。雖然它們是臨時的，但程序仍然調用了拷貝構造和拷貝賦值，造成了 沒有意義的資源申請和釋放的操作。如果能夠直接使用臨時對象已經申請的資源，既能節省資源，有能 節省資源申請和釋放的時間。這正是定義轉移語義的目的。
我們先定義轉移構造函數。
MyString(MyString&& str) {
std::cout << "Move Constructor is called! source: " << str._data <<
std::endl;
_len = str._len;
_data = str._data;
str._len = 0;
str._data = NULL;
}
和拷貝構造函數類似，有幾點需要注意：
1. 參數（右值）的符號必須是右值引用符 號，即“&&”。
2. 參數（右值）不可以是常量，因為我們需要修改右值。
3. 參數（右值）的資源鏈接和標記必須修改。否則，右值的析構函數就會釋放資源。轉移到新對象的資源 也就無效了。
現在我們定義轉移賦值操作符。
MyString& operator=
(MyString&& str) {
std::cout << "Move Assignment is called! source: " << str._data <<
std::endl;
if (this != &str) {
_len = str._len;
_data = str._data;
str._len = 0;
str._data = NULL;
}
return *this;
}
這裡需要注意的問題和轉移構造函數是一樣的。
增加了轉移構造函數和轉移復制操 作符後，我們的程序運行結果為 :
Move Assignment is called! source: Hello
Move Constructor is called! source: World
由此看出，編譯器區分了左值和右值，對右值調用了 轉移構造函數和轉移賦值操作符。節省了資源，提高了程序運行的效率。
有了右值引用和轉移 語義，我們在設計和實現類時，對於需要動態申請大量資源的類，應該設計轉移構造函數和轉移賦值函 數，以提高應用程序的效率。
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標准庫函數 std::move
既然編譯器只對右值引用才能調用 轉移構造函數和轉移賦值函數，而所有命名對象都只能是左值引用，如果已知一個命名對象不再被使用 而想對它調用轉移構造函數和轉移賦值函數，也就是把一個左值引用當做右值引用來使用，怎麼做呢？ 標准庫提供了函數 std::move，這個函數以非常簡單的方式將左值引用轉換為右值引用。
示例 程序 :
void ProcessValue(int& i) {
std::cout << "LValue processed: " << i << std::endl;
}
void ProcessValue(int&& i) {
std::cout << "RValue processed: " << i << std::endl;
}
int main() {
int a = 0;
ProcessValue(a);
ProcessValue(std::move(a));
}
運行結果 :
LValue processed: 0
RValue processed: 0
std::move在 提高 swap 函數的的性能上非常有幫助，一般來說，swap函數的通用定義如下：
template
<class T> swap(T& a, T& b)
{
T tmp(a); // copy a to tmp
a = b; // copy b to a
b = tmp; // copy tmp to b
}
有了 std::move，swap 函數的定義變為 :
template <class T> swap
(T& a, T& b)
{
T tmp(std::move(a)); // move a to tmp
a = std::move(b); // move b to a
b = std::move(tmp); // move tmp to b
}
通過 std::move，一個簡單的 swap 函數就避免了 3 次不必要的拷貝操作。
精確傳 遞 (Perfect Forwarding)
本文采用精確傳遞表達這個意思。”Perfect Forwarding”也被翻譯 成完美轉發，精准轉發等，說的都是一個意思。
精確傳遞適用於這樣的場景：需要將一組參數 原封不動的傳遞給另一個函數。
“原封不動”不僅僅是參數的值不變，在 C++ 中，除了參數值 之外，還有一下兩組屬性：
左值／右值和 const/non-const。 精確傳遞就是在參數傳遞過程中 ，所有這些屬性和參數值都不能改變。在泛型函數中，這樣的需求非常普遍。
下面舉例說明。 函數 forward_value 是一個泛型函數，它將一個參數傳遞給另一個函數 process_value。
forward_value 的定義為：
template <typename T> void forward_value
(const T& val) {
process_value(val);
}
template <typename T> void forward_value(T& val) {
process_value(val);
}
函數 forward_value 為每一個參數必須重載兩種類型，T& 和 const T&，否則， 下面四種不同類型參數的調用中就不能同時滿足 :
int a = 0; const int &b = 1; forward_value(a); // int& forward_value(b); // const int& forward_value(2); // int&
對於一個參數就要重載兩次，也就是函數重載的次數和參數 的個數是一個正比的關系。這個函數的定義次數對於程序員來說，是非常低效的。我們看看右值引用如 何幫助我們解決這個問題 :
template <typename T> void forward_value
(T&& val) {
process_value(val);
}
只需要定義一次，接受一個右值引用的參數，就能夠將所有的參數類型原封不動的傳遞給目 標函數。四種不用類型參數的調用都能滿足，參數的左右值屬性和 const/non-cosnt 屬性完全傳遞給 目標函數 process_value。這個解決方案不是簡潔優雅嗎？
int a = 0; const int &b = 1; forward_value(a); // int& forward_value(b); // const int& forward_value(2); // int&&
C++11 中定義的 T&& 的推導規則為：
右值實參為右值引用，左值實參仍然為左值引用。
一句話，就是參數的屬性不變。這樣 也就完美的實現了參數的完整傳遞。
右值引用，表面上看只是增加了一個引用符號，但它對 C++ 軟件設計和類庫的設計有非常大的影響。它既能簡化代碼，又能提高程序運行效率。每一個 C++ 軟件設計師和程序員都應該理解並能夠應用它。我們在設計類的時候如果有動態申請的資源，也應該設 計轉移構造函數和轉移拷貝函數。在設計類庫時，還應該考慮 std::move 的使用場景並積極使用它。
總結
右值引用和轉移語義是 C++ 新標准中的一個重要特性。每一個專業的 C++ 開發人 員都應該掌握並應用到實際項目中。在有機會重構代碼時，也應該思考是否可以應用新也行。在使用之 前，需要檢查一下編譯器的支持情況。
