C++11中rvalue引用数组的目的是什么？

Question

C++11中rvalue引用数组的目的是什么？

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在C++03和C++11中，数组不能通过值从函数返回（只能通过引用/常量引用返回）（因为我们无法直接将一个数组赋值给另一个数组）。

const size_t N = 10;
using Element = int;
using Array = Element[N];

Array array;

// does not compile
// Array GetArray()
// {
//     return array;
// }

Array& GetArrayRef()
{
    return array;
}

C++引入了一种新的引用类型——右值引用。它也可以与数组一起使用：

void TakeArray(Array&& value)
{
}

// ...

TakeArray(std::forward<Array>(array));
TakeArray(std::forward<Array>(GetArrayRef()));

这样的引用（rvalue reference to an array）有什么作用？它能在实际代码中使用吗，还是只是C++11标准的缺陷？

- Constructor

3

你的第一个假设并不完全正确。在C++11中，你可以定义一个std::array<Element, N>，它可以通过值返回。 - MatthiasB

2

@MatthiasB std::array 不是一个数组，它是一个 std 容器。 - Constructor

我不知道。假设数组不过是使用指针的一种好方式，那么你基本上是在编写 TakeArray((int*)&& value)。 - MatthiasB

这与任何其他移动操作并没有不同。您不应该期望一个指向对象的指针去移动实际的对象，那么为什么代码在处理数组时会有所不同呢？ - MatthiasB

@MatthiasB 因为你不能像我在答案中所写的那样从函数返回数组。 - Constructor

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4个回答

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并不完全正确地说，你不能有数组临时变量。但是你可以。

void f(const std::string(&&x)[2]) {
   std::cout << "rvalue" << std::endl;
}

void f(const std::string(&x)[2]) {
   std::cout << "lvalue" << std::endl;
}

template<typename T>
using id = T;

int main() {
  f(id<std::string[]>{"Hello", "Folks"});
  f(id<std::string const[]>{"Hello", "Folks"});

  std::string array[] = { "Hello", "Folks" };
  std::string const arrayConst[] = { "Hello", "Folks" };
  f(array);
  f(arrayConst);
}

从C++14开始，您也可以直接将花括号初始化列表传递给右值重载函数

f({ "Hello", "Folks" });

- Johannes Schaub - litb

太好了！但是可以不使用别名模板来实现：f((std::string[]){"Hello", "Folks"});。你想在第二对 f 函数调用中展示什么？ - Constructor

@Constructor 可以区分左值和右值。第二对调用将调用第二个 f，因为它们是左值。与第一对调用相反。如果没有别名模板或typedef，您无法做到这一点。 - Johannes Schaub - litb

哦，我现在明白了，你拿这段代码来展示rvalue和lvalue数组调用不同的重载函数。关于f((std::string[]){"Hello", "Folks"});：为什么这段代码在clang和gcc下都能编译通过？这是编译器的一个bug吗？ - Constructor

@Constructor 是一个 C99 复合字面量，不是有效的 C++ 语法。它甚至具有不同的语义，因为数组的元素将在调用作用域块中具有生命周期（除非编译器选择以不同于 C99 描述的方式实现 C++ 扩展）。 - Johannes Schaub - litb

谢谢。我忘记了-pedantic-errors标志。 :-) - Constructor

2

右值引用有两个含义：

它是一个引用，具备所有引用的特性
它向编译器保证所引用对象是一个未命名（临时）对象或可视为这样的对象

C++中，通过引用传递数组，可以确保其长度，这已经比C语言的void func(int a[5])要好了很多，因为在这种情况下，传递长度为2的数组是完全可以接受的（尽管良好的编译器会发出警告）。

然而，对于数组的右值引用的好处不太明显：

未命名对象不能别名化；因此，右值引用必然不会被别名化，就像使用了restrict一样
调用者会被告知数组元素可能会被移动

因此，即使是数组，也存在优化的可能。

- Matthieu M.

如何获取未命名的数组？ - Constructor

struct A { int array[5]; }; + A func(); + call(func().array) 的例子中，func() 返回的值是无名的，因此 func().array 也是无名的。 - Matthieu M.

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这并不算是一个缺陷，它引入了令人兴奋的能力，可以将对象移动到目标位置。这意味着目标句柄将被交换为即将离开作用域的源。

- Paul Evans

请您能否给出一个示例代码，以证明您所说的应用右值引用到数组的方法？ - Constructor

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- Yakk - Adam Nevraumont · Accepted Answer

一种右值引用是程序员或编译器承诺，被引用的数据即将被处理¹，如果通过合理的方式可以提高读取速度（等等），则更改它的读者是可接受的。

如果您从具有上述承诺的vector数组中复制，您可以清楚地move所包含的vector，这可能会大幅提升性能。

所以，不，这不是一个缺陷。

std::vector<int> data[1000];
void populate_data() {
  for( auto& v : data )
    v.resize(1000);
}
template<std::size_t N>
std::vector< std::vector<int> > get_data( std::vector<int>(&&arr)[N] ) {
  std::vector< std::vector<int> > retval;
  retval.reserve(N);
  for( auto& v : arr )
    retval.emplace_back( std::move(v) );
  return retval;
}
template<std::size_t N>
std::vector< std::vector<int> > get_data( std::vector<int>(const&arr)[N] ) {
  std::vector< std::vector<int> > retval;
  retval.reserve(N);
  for( auto const& v : arr )
    retval.emplace_back( v );
  return retval;
}
int main() {
  populate_data();
  auto d = get_data(data); // copies the sub-vectors
  auto d2 = get_data( std::move(data) ); // moves the sub-vectors
}

在这种情况下，虽然有点矫揉造作，但通常数据源可以被移动或不移动。如果整个容器被移动（rvalue引用），则rvalue覆盖会移动子数据；否则进行复制。

稍加修改，我们可以将上述内容写成一个方法。因此，如果我们有一个rvalue容器（即拥有范围），而容器本身不适合直接从中移动，我们就会移动其内容。但这只是高级元编程，并非答案的关键。

¹编译器在涉及到对象在使用后“不可能”被引用（因为它是匿名临时对象或者被用于函数返回值的某些情况）的受限情况下执行这项操作。(实际上并不是完全不可能，理论上这个C++11的特性可能会影响pre-C++11的代码，但是影响很小)。程序员可以通过rvalue转换来完成这个操作。它被“立即处理”的具体含义取决于上下文，但一般规则是rvalue引用的使用者可以将对象放入任何可以“有效”销毁和交互的状态中。基于rvalue的swap存在的原因是将其放入仅可销毁的状态不安全。