Modern C++——函数参数类型的分类和使用

本文主要是介绍Modern C++——函数参数类型的分类和使用，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

大纲

基本定义
值类型
左值引用
- 非常量左值引用
- 常量左值引用
右值引用
总结

在C++中，函数参数主要有两种方式：值类型和引用类型。其中引用类型又分为：左值引用和C++11引入的右值引用。下面我们分别对其进行介绍。

基本定义

要弄清楚这些概念，我们先要知道什么是左值，什么是右值。

左值是指在内存中有确定存储地址的对象，可以在表达式中出现在赋值操作符的左侧。
右值是指在表达式中没有持久存储地址的临时对象，通常出现在赋值操作符的右侧。

比如下面的代码中，a是左值，10是右值。

int a = 10;

值类型

值类型是最基本的参数类型。

在函数被调用时：

如果实参是左值，它就会被复制一份到形参中（调用复制构造函数）。这意味着在函数体内对形参的任何修改都不会影响到实参本身。值传递适用于基本数据类型（如int, float等）和对象的小型拷贝开销可以接受的情况。
如果实参是右值引用，则右值引用的对象会触发形参的移动构造函数。这减少了不必要的资源分配和释放，提高了性能。

我们设计了一个Custom类，它会在各个构造函数中打印this指针的值和相关标记信息，用于辅助我们查看和分析后续研究代码。

class Custom {
public:Custom(int value) : value(value) {std::cout << "Constructor Custom(" << value << "). this = " << this << std::endl;}Custom(const Custom& custom) : value(custom.value) {std::cout << "Copy constructor Custom(" << custom.value << "). this = " << this << " from " << &custom << std::endl;}Custom& operator=(const Custom& custom) {value = custom.value;std::cout << "Copy assignment operator Custom(" << custom.value << "). this = " << this << " from " << &custom << std::endl;return *this;}Custom(Custom&& custom) : value(custom.value) {std::cout << "Move constructor Custom(" << custom.value << "). this = " << this << " from " << &custom << std::endl;custom.value = 0;}Custom& operator=(Custom&& custom) {value = custom.value;std::cout << "Move assignment operator Custom(" << custom.value << "). this = " << this << " from " << &custom << std::endl;return *this;}~Custom() {std::cout << "Destructor Custom(" << value << "). this = " << this << std::endl;}friend std::ostream& operator<<(std::ostream& os, const Custom& custom) {os << custom.value;return os;}public:int get_value() const {return value;}void set_value(int value) {this->value = value;}private:int value;
};

下面的函数func的参数是值类型。

void func(Custom custom) {std::cout << "func(Custom custom) custom = " << custom << " from " << &custom << std::endl;
}

然后分别给func传入左值和右值，观察其执行过程。

int main(int argc, char* argv[]) {Custom custom(1);std::cout << "build custom in main" << std::endl;std::cout << "call func(custom)" << std::endl;func(custom);std::cout << "call func(std::move(custom))" << std::endl;func(std::move(custom));std::cout << "main end" << std::endl;return 0;
}

可以看到给值类型传入左值，会触发拷贝构造函数（过程2）;给值类型传入右值引用，会触发移动构造函数（过程3）。
在这里插入图片描述

左值引用

左值引用（Lvalue Reference）是C++中的一种引用类型，用于引用一个左值（Lvalue）。左值引用的语法是使用单个 & 符号。

非常量左值引用

如果函数的参数是左值引用，这意味着函数直接操作的是原变量的内存地址，因此对形参的修改会反映到实参上。使用左值引用可以避免大型对象或结构体的复制开销，提高效率。

void func(Custom& custom) {std::cout << "func(Custom custom) custom = " << custom << " from " << &custom << std::endl;
}int main(int argc, char* argv[]) {Custom custom(1);Custom& custom2 = custom;const Custom& custom3 = custom;func(custom);func(custom2);// func(custom3);  // error// func(std::move(custom)); // error: cannot bind non-const lvalue reference of type 'Custom&' to an rvalue of type 'Custom'std::cout << "main custom = " << custom << " from " << &custom << std::endl;return 0;
}

需要注意的是：非常量左值引用（T&）只能绑定到左值，不能绑定到右值。

常量左值引用

有些时候，我们仅仅希望避免复制操作，而不希望函数修改原变量的值，这样我们就需要使用常量左值引用。

void func_const(const Custom& custom) {std::cout << "func_const(const Custom& custom) custom = " << custom << " from " << &custom << std::endl;
}int main(int argc, char* argv[]) {Custom custom(1);Custom& custom2 = custom;const Custom& custom3 = custom;func_const(custom);func_const(custom2);func_const(custom3);func_const(std::move(custom));  // const lvalue reference can bind to rvaluestd::cout << "main custom = " << custom << " from " << &custom << std::endl;return 0;
}

我们给常量左值引用形参传递值、左值引用、常量左值引用、右值引用都是可以的，其执行效果是一样的。

在这里插入图片描述

需要注意的是，传递右值引用并不出触发Custom的移动构造函数执行。我们不要被std::move这个函数名给骗了，它不会进行任何的“移动”操作。它只是将一个左值/右值强制转换成右值。

    constexpr typename std::remove_reference<_Tp>::type&&move(_Tp&& __t) noexcept{ return static_cast<typename std::remove_reference<_Tp>::type&&>(__t); }

右值引用

右值引用（Rvalue Reference）是C++11引入的一种引用类型，用于引用一个右值（Rvalue）。右值引用的语法是使用双 && 符号。

右值引用通常与移动语义结合使用，用于优化资源的转移，如动态分配的内存、文件句柄等。通过右值引用传递，我们可以避免在函数调用中不必要的资源复制，而是直接“移动”资源给函数内的变量。

void func(Custom&& custom) {std::cout << "func(Custom custom) custom = " << custom << " from " << &custom << std::endl;
}void func_const(const Custom&& custom) {std::cout << "func(Custom custom) custom = " << custom << " from " << &custom << std::endl;
}int main(int argc, char* argv[]) {Custom custom(1);Custom& custom2 = custom;const Custom& custom3 = custom;// func(custom); // error: cannot bind rvalue reference of type 'Custom&&' to lvalue of type 'Custom'// func(custom2); // error// func(custom3); // errorfunc(std::move(custom));// func_const(custom); // error: cannot bind rvalue reference of type 'const Custom&&' to lvalue of type 'Custom'// func_const(custom2); // error// func_const(custom3); // errorfunc_const(std::move(custom));std::cout << "main end" << std::endl;return 0;
}