前言

本文介绍C++11的各种引用的概念，理解清楚各种引用的概念，非常有助于理解基于c11引用的各种操作。

左右值概念

C++ 里有左值和右值，但C++按标准里的定义实际更复杂，规定了下面这些值类别（value categories）：

• 名词解释：
  一个 lvalue 是通常可以放在等号左边的表达式，左值
  一个 rvalue 是通常只能放在等号右边的表达式，右值
  一个 glvalue 是 generalized lvalue，广义左值
  一个 xvalue 是 expiring value，将亡值
  一个 prvalue 是 pure rvalue，纯右值

• 左值 lvalue 是有标识符、可以取地址的表达式，最常见的情况有：
  变量、函数或数据成员的名字
  返回左值引用的表达式，如 ++x、x = 1、cout << ’ ’
  字符串字面量如 “hello world”
  在函数调用时，左值可以绑定到左值引用的参数，如 T&。一个常量只能绑定到常左值引用，如 const T&。

• 纯右值 prvalue 是没有标识符、不可以取地址的表达式，一般也称之为临时对象，即临时对象就是一种右值，最常见的情况有：
  返回非引用类型的表达式，如 x++、x + 1、make_shared(42)
  除字符串字面量之外的字面量，如 42、true

• 变量是左值

左右值区别

• 左值持久，右值短暂
  左值有持久的状态，而右值要么是字面常量，要么是在表达式求值过程中创建的临时对象。
  由于右值引用只能绑定到临时对象，所以使用右值引用的代码可以自由地接管所引用的对象的资源，即可以进行移动。

• 移动右值，拷贝左值
  如果一个类既有移动构造函数，也有拷贝构造函数，编译器使用普通的函数匹配规则来确定使用哪个构造函数，赋值操作的情况类似。

StrVec v1, v2;
v1 = v2; // 拷贝赋值，因为v2是左值
v1 = std::move(v2); // 强制变成右值了，使用移动赋值

StrVec getVec();
v2 = getVec();  // 移动赋值，因为getVec()是右值

• 把 std::move(ptr1) 看作是一个有名字的右值。为了跟无名的纯右值 prvalue 相区别，C++ 里目前就把这种表达式叫做 xvalue。
  跟左值 lvalue 不同，xvalue 仍然是不能取地址的——这点上，xvalue 和 prvalue 相同。所以，xvalue 和 prvalue 都被归为右值 rvalue。

shared_ptr<shape> ptr1{new circle()}; // new circle() 就是一个纯右值
shared_ptr<shape> ptr2 = std::move(ptr1); // 可以把 std::move(ptr1) 看作是一个有名字的右值。为了跟无名的纯右值 prvalue 相区别，C++ 里目前就把这种表达式叫做 xvalue。

左值引用lvalue reference

当我们使用术语引用reference时，指的其实是左值引用（lvalue reference）。

• 引用即别名，引用并非对象，它是为一个已经存在的对象所起的另一个名字。定义了一个引用之后，对其进行的所有操作都是在与之绑定的对象上进行的。

• 引用必须初始化，一旦初始化完成，引用将和它的初始值对象一直绑定在一起：
  引用在初始化后，不可以改变；
  引用类型必须和绑定的对象的类型一致，但常量引用会丢失精度；
  引用类型的初始值必须是一个变量；
  常量引用可以引用常量；

• 引用只能绑定在对象上，而不能与字面值或某个表达式的计算结果绑定在一起；

    int c = 2;
    ra = c; // 赋值操作，把c赋值给b，即赋值给a
    // &ra = c; // 错误，引用在初始化后，不可以改变

// Non-const lvalue reference to type 'int' cannot bind to a temporary of type 'int'
    const int e = 10;
// int &re = e; // 错误，引用类型的初始值必须是一个对象
    const int &re = e;
//    int &re1 = e * 42; // 错误，引用只能绑定在对象上，而不能与字面值或某个表达式的计算结果绑定在一起，a * 42是一个右值
    const int &re1 = e * 42; // 正确，可以将一个const引用绑定到一个右值上

    double d = 10.0F;
// Non-const lvalue reference to type 'int' cannot bind to a value of unrelated type 'double'
// int &rd = d; // 错误，引用类型必须和绑定的对象的类型一致，添加const后可以
    double &rd = d;
    const int &rd1 = d; // 正确，Clang-Tidy: Narrowing conversion from 'double' to 'int'

右值引用rvalue reference

为了支持移动操作，新标准引入了一种新的引用类型——右值引用。

• 所谓右值引用就是必须绑定到右值的引用，我们通过&&而不是&来获得右值引用。

• 右值引用有一个重要的性质：只能绑定到一个将要销毁的对象。
  因此，我们可以自由地将一个右值引用的资源“移动”到另一个对象中。

• 一个右值引用也不过是某个对象的另一个名字而已。

• 对于左值引用，我们不能将其绑定到要求转换的表达式、字面常量或是返回右值的表达式。
  右值引用有着完全相反的绑定特性：我们可以将一个右值引用绑定到这类表达式上，但不能将一个右值引用直接绑定到一个左值上。

• 返回左值引用的函数，连同赋值、下标、解引用和前置递增/递减运算符，都是返回左值的表达式的例子。我们可以将一个左值引用绑定到这类表达式的结果上。
  返回非引用类型的函数，连同算术、关系、位以及后置递增/递减运算符，都生成右值。我们不能将一个左值引用绑定到这类表达式上，但我们可以将一个const的左值引用或者一个右值引用绑定到这类表达式上。

std::move

虽然不能将一个右值引用直接绑定到一个左值上，但我们通过std::move函数可以显式地将一个左值转换为对应的右值引用类型。

• move调用告诉编译器：我们有一个左值，但我们希望像一个右值一样处理它。

• 调用move就意味着承诺：
  除了对移后源对象进行赋值或销毁它外，我们将不再使用它。
  在调用move之后，我们不能对移后源对象的值做任何假设。
  我们可以销毁一个移后源对象，也可以赋予它新值，但不能使用一个移后源对象的值。

• 不要随意使用移动操作
  通过在类代码中小心地使用move，可以大幅度提升性能。
  但由于一个移后源对象具有不确定的状态，对其调用std::move是危险的。当我们调用move时，必须绝对确认移后源对象没有其他用户。
  而如果随意在普通用户代码（与类实现代码相对）中使用移动操作，很可能导致莫名其妙的、难以查找的错误，而难以提升应用程序性能。

示例

    int a = 1;
    int &ra = a; // 引用必须要初始化
//    int &ra2 = 1; // 错误，引用只能绑定在对象上，而不能与字面值或某个表达式的计算结果绑定在一起
//    int &&rra = a; // 错误，不能将一个右值引用绑定到左值上
//    int &ra3 = a * 42; // 错误，引用只能绑定在对象上，而不能与字面值或某个表达式的计算结果绑定在一起，a * 42是一个右值
    const int &ra3 = a * 42; // 正确，可以将一个const引用绑定到一个右值上
    int &&rra2 = a * 42; // 正确，将rra2绑定到一个右值上
    int &&rra2 = a * 42; // 正确，将rra2绑定到一个右值上

//    int &&rrra = rra2; // 错误，表达式rra2是左值，变量是左值
    int &&rrra = std::move(rra2); // 正确，使用std::move将左值显式的变为右值