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C++非完美转发示例

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1 使用非常量左值引用转发

2 使用常量左值引用

3 使用非常量左值引用 + 常量左值引用

4 使用常量左值引用 + const_cast

5 非常量左值引用 + 修改的参数推导规则

6 右值引用

7 右值引用 + 修改的参数推导规则

1 使用非常量左值引用转发

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void F(int a)
{
	cout << a << endl;
}
template<class A>
void G(A &a)
{
	F(a); 
}
  • 使用非常量左值引用时，我们可以调用F(10)，
  • 但无法调用G(10)，即我们无法接收非常量右值的参数。

2 使用常量左值引用

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void F(int &a)
{
	cout << a << endl;
}
 
template<class A>
void G(const A &a)
{
	F(a); 
}
  • 使用常量左值引用时，函数G可以接收任意类型的值作为参数，包括非常量左值、常量左值、非常量右值和常量右值。
  • 但当F的参数类型为非常量左值引用时，我们无法将一个常量左值引用转发给一个非常量左值引用。

3 使用非常量左值引用 + 常量左值引用

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template<class A>
void G(A &a)
{
	F(a); 
}
 
template<class A>
void G(const A &a)
{
	F(a); 
}
  • 种方案相当于对函数G进行了重载，此时可以接收任意类型的值作为参数，也可以顺利地实现转发。
  • 但由于使用了常量和非常量两种形式的重载，当参数的个数N较大时，需要重载的函数会呈指数级增长（2的N次方），因此这种方案实际上是不可取的。

4 使用常量左值引用 + const_cast

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template<class A>
void G(const A &a)
{
	F(const_cast<A &>(a)); 
}
  • 这种方案克服了方案二的缺点，现在可以将常量左值引用转发给非常量左值引用了。
  • 但这又带来了新的问题，假如F的参数是一个非常量左值引用，则调用G后，我们可以通过F来修改传入的常量左值和常量右值了，而这是非常危险的。

5 非常量左值引用 + 修改的参数推导规则

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template<class A>
void F(A &a)
{
	cout << "void F(A& a)" << endl;
}
 
void F(const long &a)
{
	cout << "void F(const long &a)" << endl;
}
  • 在未修改参数推导规则前，调用F(10)会选择第二个重载函数，但修改后，却会调用第一个重载函数，这就给C++带来了兼容性的问题。

6 右值引用

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template<class A>
void G(A &&a)
{
	F(a); 
}
  • G将无法接收左值，因为不能将一个左值传递给一个右值引用。
  • 当传递非常量右值时也会存在问题，因为此时a本身是一个左值，这样当F的参数是一个非常量左值引用时，我们就可以来修改传入的非常量右值了。

7 右值引用 + 修改的参数推导规则

引用叠加规则：

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template<class A>
void G(A &&a)
{
	F(static_cast<A &&>(a)); 
}
  • 当传给G一个左值（类型为T）时，由于模板是一个引用类型，因此它被隐式装换为左值引用类型T&，根据推导规则1，模板参数A被推导为T&。
  • 在G内部调用F(static_cast<A &&>(a))时，static_cast<A &&>(a)等同于static_cast<T& &&>(a)，根据引用叠加规则第2点，即为static_cast<T&>(a)，这样转发给F的还是一个左值。

当传给G一个左值（类型为T）时，由于模板是一个引用类型，因此它被隐式装换为左值引用类型T&，根据推导规则1，模板参数A被推导为T&。这样，在G内部调用F(static_cast<A &&>(a))时，static_cast<A &&>(a)等同于static_cast<T& &&>(a)，根据引用叠加规则第2点，即为static_cast<T&>(a)，这样转发给F的还是一个左值。 当传给G一个右值（类型为T）时，由于模板是一个引用类型，因此它被隐式装换为右值引用类型T&&，根据推导规则2，模板参数A被推导为T。这样，在G内部调用F(static_cast<A &&>(a))时，static_cast<A &&>(a)等同于static_cast<T&&>(a)，这样转发给F的还是一个右值（不具名右值引用是右值）。 可见，使用该方案后，左值和右值都能正确地进行转发，并且不会带来其他问题。另外，C++ 11为了方便转发的实现，提供了一个函数模板forward，用于参数的完美转发。使用forward后的代码可简化为：

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template<class A>
void G(A &&a)
{
	F(forward<A>(a)); 
}

相关参考

C++ 11完美转发