左值与右值
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1. 左值与右值
在C++中，左值（lvalue）和右值（rvalue）是表达式的两种基本类别，它们区分了表达式的不同属性，特别是它们的身份和存储期。
左值和右值的区别不仅仅是语法上的，它们也影响代码的语义，尤其是在涉及到重载操作符、移动语义和完美转发时。
C++11引入了右值引用（用&&表示），它允许开发者区分一个对象是可以安全地“移动”（即可以从中窃取资源）还是只能被复制。右值引用使得开发者可以编写更加高效的代码，尤其是涉及到大型对象传递的时候。
2.1 左值（lvalue）
- 左值代表一个持久的对象，这个对象有一个明确的、持续的位置在内存中。
- 名称“左值”来源于“可以出现在赋值操作的左边”的值。
- 左值可以是变量名、数组元素、对象的成员、或者任何可以被取地址的表达式。
- 你可以对左值取地址，这意味着你可以对它们使用
&操作符。
例如，定义一个变量int x = 10，此时x就是一个左值，可以通过x = 20或者int &y = x来修改x的值或引用x。
2.2 右值（rvalue）：
- 右值代表一个临时的对象或者那些没有固定内存地址的值。
- 名称“右值”来源于“只能出现在赋值操作的右边”的值。
- 右值可以是一个字面常数（例如
5或'a'）、表达式的结果（例如2 + 2或x++）、函数返回的临时对象等。 - 右值通常不可以被取地址，因为它们往往不具有可访问的内存地址。
一个简单的例子：在表达式int x = 5;中，5就是一个右值，而x是一个左值。
通过代码举例来说明：1
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int main()
{
// 以下的a、p、b、c、*p都是左值
int* p = new int(0);
int b = 1;
int a = b;
const int c = 2;
// 以下几个都是常见的右值
10;
x + y;
fmin(x, y);
}
2. 左值引用
在C++中，左值引用是一种引用类型，它可以被用来为一个左值（lvalue）创建一个别名。左值是表达式的一种，它指向程序中的一个固定位置，这个位置可以在内存中被识别和操作。通常来说，左值是指那些能出现在赋值符号左边的表达式，比如变量、数组的元素或者对象的非静态成员。
左值引用的基本语法是在类型名后面加一个&符号。例如：
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int a = 5;
int& ref = a; // ref是变量a的左值引用
在上面的例子中，ref成为a的一个别名。通过ref可以直接访问和修改a的值。
左值引用的一个重要特点是它们必须被初始化，不能存在指向无效内存的左值引用。此外，一旦它们被绑定到一个变量上后，就不能再改变绑定的对象了。
左值引用在C++中有很多用途：
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函数参数传递：函数可以通过左值引用接收参数，这样就可以直接修改传入的变量，且可以减少拷贝。
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函数返回值：通过返回左值引用，函数可以返回调用者可以修改的变量。
只要是出了作用域还存在的对象，那么就可以减少拷贝。
但是左值引用却没有彻底的解决问题：1
函数传返回值时，如果返回值是出了作用域销毁的（出了作用域不存在的），那还需要多次的拷贝构造，导致消耗较大，效率较低。
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作为类的成员：左值引用可以作为类的成员，这样可以保证类的对象与某个外部变量绑定。
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实现操作符重载：比如重载赋值操作符，通常会返回左值引用。
3. 右值引用
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int&& x = 42; // x是一个右值引用，绑定到一个临时对象
右值引用是C++11引入的一项特性，用&&符号表示。与传统的左值引用（&）不同，右值引用主要用于处理临时对象、移动语义和完美转发。为我们提供了更高效的内存管理和性能优化手段。
右值引用的引入主要是为了解决传统拷贝操作可能导致的性能问题。通过使用右值引用，我们能够避免不必要的拷贝，提高程序的效率。在适当的场景下，合理利用右值引用可以显著提高代码的性能，并更好地应对大规模数据处理和资源管理的挑战。2
3.1 移动语义
右值引用的一个重要应用是支持移动语义。传统上，通过拷贝构造函数进行对象复制可能会导致资源的不必要浪费。右值引用通过移动构造函数和移动赋值运算符，使得在对象之间转移资源变得更加高效。
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class MyString {
public:
// 移动构造函数
MyString(MyString&& other) noexcept {
// 迁移资源
data_ = other.data_;
size_ = other.size_;
// 清空原对象的资源
other.data_ = nullptr;
other.size_ = 0;
}
// 移动赋值运算符
MyString& operator=(MyString&& other) noexcept {
if (this != &other) {
// 释放当前对象的资源
delete[] data_;
// 迁移资源
data_ = other.data_;
size_ = other.size_;
// 清空原对象的资源
other.data_ = nullptr;
other.size_ = 0;
}
return *this;
}
private:
char* data_;
size_t size_;
};
通过移动语义，我们能够在对象之间高效地传递资源，而不必进行不必要的拷贝操作。
当新建一个类的时候，编译器会为该类自动生成移动构造函数和移动赋值运算符。3
3.2 完美转发
右值引用还为实现完美转发提供了支持。完美转发允许我们在函数中保留传递给它的参数的值类型，实现更灵活的函数封装。
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template <typename T>
void forwardFunction(T&& arg) {
// 此处arg是一个右值引用，可以完美转发
someOtherFunction(std::forward<T>(arg));
}
std::forward用于在函数内部将参数原封不动地转发给其他函数，保留了参数的值类型。
3.3 性能优势
使用右值引用的一个显著优势是提高程序的性能。通过移动语义，我们避免了不必要的拷贝操作，降低了内存管理的开销。在大规模数据处理和资源管理方面，右值引用的性能优势尤为明显。
在选择使用右值引用时，需要考虑以下场景：
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大规模数据处理：在处理大量数据时，使用右值引用可以减少拷贝操作，提高程序效率。
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资源管理：对于需要动态管理资源的情况，右值引用可以通过移动语义更有效地管理资源。
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避免拷贝开销：当涉及频繁的对象传递和返回时，右值引用可以避免不必要的拷贝开销。需要注意的是，虽然右值引用提供了性能优势，但在使用过程中仍需注意潜在的风险，如悬空指针和资源泄漏等问题。