这是一篇关于左值，右值，完美转发，引用折叠的文章。

什么是左值，什么是右值？

左值：具有生命周期的，具有名称的值，即为它有一个具体的内存空间。

右值：没有生命周期，也成为将亡值。不指向稳定内存地址的匿名值。

基于上述特性，我们也可以用取地址符号判断，能够取到地址的是左值，不能取到的是右值。

左值与右值的理解

从字面理解，无非是表达式等号左边的值为左值，表达式右边的值为右值。

int x = 1;
int y = 2;
int z = x + y;

以上述代码为例子，x是左值，1是右值；y是左值，2是右值。

z是左值，x+y的结果是右值。

但是简单地用表达式左右来区分左右值仍然过于武断，让我们考虑下面的例子

int a = 1;
int b = a;

在line1 a显然是左值，但是line2中a却变成了右值。故而以表达式区分是有矛盾的。所以我们还是应该理解其内在含义。

在c++中 lvalue 一般表示指向一个具体地址(具体内存)的具有名称的值（具名对象）。它有一个相对稳定的内存地址，并且有一段较长的生命周期。而右值则是不指向稳定内存地址的匿名值（不具名对象）。以上述代码为例子，因为&a和&b都能够取到地址，所以a和b都是左值。

让我们考虑以下代码

#include <iostream>

using namespace std;

int x = 1;

int get_val()
{
    return x;
}

void set_val(int val)
{
    x = val;
}

int main() {
    x++; /* rvalue */
    ++x; /* lvalue */

    int *q = &++x; /* success */
    int *p = &x++; /* fail */
    int *r = &get_val(); /* fail */
    
    int y = get_val();
    set_val(6);
    auto p = &"this is a lvalue";
}

在main函数中++x和x++虽然都是对x做自增操作，但是实际上++x是对x自增后马上返回其自身，而x++是先生成x的临时复制然后才对x递增，最后返回临时复制内容。

所以我们看上述取地址操作，x++无法取到地址，而++x可以。

int *q = &++x; /* success */ int *p = &x++; /* fail */

编译器告警

test1.cpp:20:20: error: lvalue required as unary ‘&’ operand

20 | int p = &x++; / fail */

我们再看get_val这个函数，它返回的是左值还是右值呢？它虽然返回了一个全局变量x，但是实际上返回的是x的临时复制，故而是一个右值。所以 int *r = &get_val() 也会失败。

在main函数 set_val中实参6是一个右值，但是进入函数之后形参val却是一个左值。懂得函数压栈行为的同学可能知道val是会被压入寄存器，所以此时若对其取地址取到的是寄存器地址。

前置++和后置++的实现

/* 前置++ */
Integer& operator++() {
    ++value;
    return *this;
}

/* 后置++ */
Integer operator++(int) {
    Integer tmp = *this;
    ++value;
    return tcp;
}

什么是左值引用？什么是右值引用？

概念

左值引用

左值引用：左值引用是指向左值的引用。左值引用只能用单个符号&表示。常量左值引用可以绑定左值，也可以绑定右值，非常量左值引用只能绑定左值.

这样说起来有点绕，我们来看一个例子

int &x1 = 1; // compile err
const int &x2 = 11; // compile succ

编译错误:

error: cannot bind non-const lvalue reference of type ‘int&’ to an rvalue of type ‘int’

29 | int &x1 = 1; // compile err

int &x1 是非常量左值引用，1是右值，非常量左值引用只能绑定左值。1是右值，所以此时报错

const int &x2 是常量左值引用，可以绑定左值和右值。

那么这个特性有什么作用呢？在函数形参列表中具有重大意义，比如在复制搞糟函数和复制运算符函数中，通常情况下我们实现这两个函数的形参都是一个常量左值引用。

考虑以下代码：

class X {
public:
    X() {}
    X(const X&) {}
    X& operator = (const X&) { return *this; }
};

X make_x()
{
    return X();
}

int main()
{
    X x1;
    X x2(x1);
    X x3(make_x());
    x3 = make_x();
}

以上代码可以编译通过，但是让我们测试一下，

如果去除复制构造函数中的const，则 X x3(make_x()); 和 x3 = make_x(); 会报错，因为非常量左值引用无法绑定到X make_x() 产生的右值。

但是它也存在一个很大的缺点——常量性。一旦使用了常量左值引用，就表示我们无法在函数内修改该对象的内容（强制类型转换除外）。所以需要另外一个特性来帮助我们完成这项工作，它就是右值引用。

右值引用

右值引用：右值引用是指向右值的引用。右值引用使用两个符号&&表示，即&&。右值引用的主要作用是支持移动语义和完美转发。通过移动语义，我们可以避免不必要的操作，提高性能。

如下示例代码：

int main() {
    int i = 0;
    int &j = i; /* lvalue ref */
    int &&k = 10; /* rvalue ref */
}

这里的k就是一个右值引用，如果k去引用i的话会引起编译错误。

右值引用的特点是可以延长右值的生命周期，看如下示例

#include <iostream>

class X {
public:
    X() { std::cout << "X ctor" << std::endl; }
    X(const X&x) { std::cout << "X copy ctor" << std::endl; }
    ~X() { std::cout << "X dtor" << std::endl; }
    void show() { std::cout << "show X" << std::endl; }
};

X make_x()
{
    X x1;
    return x1;
}

int main()
{
    int i = 0;
    int &j = i; /* lvalue ref */
    int &&k = 10; /* rvalue ref */
    X &&x2 = make_x();
    x2.show();
}

编译：

g++ rvalue_ref.cpp -g -fno-elide-constructors

-fno-elide-constructors: 关闭函数返回值优化（RVO），rvo优化会减少复制构造函数的调用。

测试结果：

X ctor

X copy ctor

X dtor

show X

X dtor

如果将X &&x2 = make_x()这句代码替换为X x2 = make_x()会发生几次构造。在没有进行任何优化的情况下应该是3次构造，首先make_x函数中x1会默认构造一次，然后return x1会使用复制构造产生临时对象，接着 X x2 = make_x()会使用复制构造将临时对象复制到x2，最后临时对象被销毁。

而如果使用了右值引用，则最后“make_x()会使用复制构造” 这一步可以省略，只会发生两次构造。可以是减少对象复制，提升程序性能。

右值引用的优化以及移动语义

我们知道右值在很多情况下都是一个临时对象，即“将亡值”。当右值被使用过后程序会马上销毁对象并释放内存，这可能的导致性能问题（即拼房地开辟和释放内存）。

看以下示例：

（未完待续）

Question

++x返回的是左值还是右值？x++呢？字符串字面量呢？

先说结论：++x返回的是左值，x++返回的是右值。字符串字面量通常是右值，除了字符串字面量之外。

++x是对x自增后马上返回其自身，而x++是先生成x的临时复制然后才对x递增，最后返回临时复制内容。

字符串字面量通常是右值，除了字符串字面量之外：

以下代码可以被编译成功。

auto p = &”this is a lvalue”;

让我们想想这是为什么？因为编译器会将字符串字面量存储到程序的数据段中，程序加载的时候也会为其开辟内存空间，所以我们可以使用取地址符&来获取字符串字面量的内存地址。

什么是左值引用，什么是右值引用？

先说结论：左值引用：左值引用是指向左值的引用。左值引用只能用单个符号&表示。常量左值引用可以绑定左值，也可以绑定右值，非常量左值引用只能绑定左值.

右值引用：右值引用：右值引用是指向右值的引用。右值引用使用两个符号&&表示，即&&。右值引用的主要作用是支持移动语义和完美转发。通过移动语义，我们可以避免不必要的操作，提高性能。

右值引用如何提高性能？

先说结论：右值引用通过避免不必要的拷贝来提升性能。

举两个例子：

我们可以使用右值引用来接收一个函数返回的临时对象，这时候局部变量的声明期会被延长，右值引用会直接使用局部对象的内存，避免了使用这个局部变量创建一个临时对象所带来的不必要的开销。
在使用一个临时对象构建一个对象时，我们可以通过移动构造函数，使我们在构造新对象时，将一个资源从一个临时对象（右值）”移动”到新对象，而不是创建新对象的拷贝。这样可以避免不必要的拷贝操作。

介绍一下RVO？

参考资料

现代C++语言核心特性解析

现代C++语言核心特性解析.pdf