1.簡(jiǎn)介

std::forward是C++11引入的函數(shù)模板，它的作用是實(shí)現(xiàn)函數(shù)參數(shù)的完美轉(zhuǎn)發(fā)，通俗的講就是根據(jù)傳入的參數(shù)，決定將參數(shù)以左值引用還是右值引用的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

std::forward原型：

//左值版本
template <class _Ty>
_NODISCARD constexpr _Ty&& forward(
    remove_reference_t<_Ty>& _Arg) noexcept { // forward an lvalue as either an lvalue or an rvalue
    return static_cast<_Ty&&>(_Arg);
}

//右值版本
template <class _Ty>
_NODISCARD constexpr _Ty&& forward(remove_reference_t<_Ty>&& _Arg) noexcept { // forward an rvalue as an rvalue
    static_assert(!is_lvalue_reference_v<_Ty>, "bad forward call");
    return static_cast<_Ty&&>(_Arg);
}

2.為什么需要完美轉(zhuǎn)發(fā)?

在C++中，函數(shù)參數(shù)的值的類(lèi)別（左值或者右值）和類(lèi)型信息在傳遞過(guò)程中可能會(huì)丟失，以下方函數(shù)為例：

#include<iostream>
void target(int& x) { std::cout << "lvalue\n"; }
void target(int&& x) { std::cout << "rvalue\n"; }

template<typename T>
void forwarder(T x) {
    target(x);  // 無(wú)論傳入的是左值還是右值，x都是左值, 因?yàn)閤是可以取地址的
}

int main() {
    int a = 10;
    forwarder(a);       // 期望調(diào)用 target(int&)
    forwarder(10);      // 期望調(diào)用 target(int&&)
    return 0;
 }

在上面代碼中，forwarder函數(shù)無(wú)法區(qū)分傳入的參數(shù)是左值還是右值，因?yàn)閤在函數(shù)內(nèi)部總是左值，想對(duì)這個(gè)進(jìn)行區(qū)分，就需要引入完美轉(zhuǎn)發(fā)。

3.完美轉(zhuǎn)發(fā)原理

在C++中，存在左值（lvalue）和右值（rvalue）的概念。關(guān)于左值和右值的概念，自己可以查詢相關(guān)資料。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，左值是指可以取地址的、具有持久性的對(duì)象，而右值是指不能取地址的、臨時(shí)生成的對(duì)象。傳統(tǒng)上，當(dāng)一個(gè)左值傳遞給一個(gè)函數(shù)時(shí)，參數(shù)會(huì)以左值引用的方式進(jìn)行傳遞；當(dāng)一個(gè)右值傳遞給一個(gè)函數(shù)時(shí)，參數(shù)會(huì)以右值引用的方式進(jìn)行傳遞。

以VS2019的std::forward源碼實(shí)現(xiàn)來(lái)講解：

1. 當(dāng)傳遞給func函數(shù)的實(shí)參類(lèi)型為左值QObject時(shí)，T被推導(dǎo)為QObject&類(lèi)別。然后forward會(huì)實(shí)例化為std::forward<QObject&>，并返回QObject&（左值引用，根據(jù)定義是個(gè)左值！）

2. 而當(dāng)傳遞給func函數(shù)的實(shí)參類(lèi)型為右值QObject時(shí)，T被推導(dǎo)為QObject。然后forward被實(shí)例化為std::forward<QObject>，并返回QObject&&（注意，匿名的右值引用是個(gè)右值?。?/p>

3. 可見(jiàn)，std::forward會(huì)根據(jù)傳遞給func函數(shù)實(shí)參（注意，不是形參）的左/右值類(lèi)型進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)傳給func函數(shù)左值實(shí)參時(shí)，forward返回左值引用，并將該左值轉(zhuǎn)發(fā)給doWork。而當(dāng)傳入func的實(shí)參為右值時(shí)，forward返回右值引用，并將該右值轉(zhuǎn)發(fā)給doWork函數(shù)。

4.完美轉(zhuǎn)發(fā)失敗的情形

在std::forward中，失敗的情況其實(shí)就是完美轉(zhuǎn)發(fā)的目的沒(méi)有達(dá)到，甚至根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)

1.花括號(hào)的初始化方式調(diào)用

#include <iostream>
#include <array>

void test(const std::array<int,5> &param){}

template<typename T>
void func(T&& t)
{
    test(std::forward<T>(t));
}
int main()
{
    std::array<int, 5> arr = {0,1,2};
    func(arr);
   // func({0,1,2,3,4});
}

解決方案：先用auto聲明一個(gè)局部變量，再將該局部變量傳遞給轉(zhuǎn)發(fā)函數(shù)。

2.或者NULL做為空指針傳遞

其實(shí)這個(gè)也是c++11后強(qiáng)調(diào)使用nullptr做為指針的空值的一個(gè)重要原因。之所以會(huì)這樣，是因?yàn)?和NULL往往會(huì)被默認(rèn)轉(zhuǎn)成為int類(lèi)型，這也是在早期的C編譯器中經(jīng)常遇到的一個(gè)編譯現(xiàn)象，就是“XXX無(wú)法轉(zhuǎn)成int”其實(shí)就是寫(xiě)錯(cuò)了，但默認(rèn)就是往int上靠，這個(gè)沒(méi)辦法。一如下面：

void test( void *ptr){}

template<typename T>
void func(T&& t)
{
    test(std::forward<T>(t));
}
int main()
{
    func(0);
}

解決方案：傳遞nullptr，而非0或NULL

3.static const的應(yīng)用(含constexpr)

void test(int i){}

class Data {
public:
    static const int d_ = 1;
};
//const  int Data::d_ ;

template<typename T>
void func(T&& t)
{
    test(std::forward<T>(t));
}
int main()
{
    func(Data::d_);
}

這段代碼在VS中可以成功運(yùn)行，但在g++中會(huì)報(bào)一個(gè)鏈接錯(cuò)誤“ undefined reference to Data::d_ collect2: error: ld returned 1 exit status”。VS中對(duì)編譯和鏈接相對(duì)來(lái)說(shuō)還是寬松一些。
想通過(guò)連接只需要把注釋的部分解開(kāi)就可以了。
解決方案：在類(lèi)外定義該成員變量。注意這聲變量在聲明時(shí)一般會(huì)先給初始值。因此定義時(shí)無(wú)需也不能再重復(fù)指定初始值

4.對(duì)重載和模板的函數(shù)名處理

這句話的意思是指在完美轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)如果參數(shù)是一個(gè)函數(shù)名稱，那么如果這個(gè)函數(shù)名稱的函數(shù)如果存在重載（或是模板）的話，在普通編程的直接調(diào)用情況下是沒(méi)有問(wèn)題，但是在完美轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，不管是直接調(diào)用名稱還是使用模板函數(shù)時(shí)會(huì)存在轉(zhuǎn)發(fā)的錯(cuò)誤?？聪旅娴拇a就理解了

void myfunc_test(void func(int)) {}

void myfunc(int a) {}
void myfunc(int a, int b) {}

template<typename T>
void dotest(T t){}
template<typename T>
void func(T&& t)
{
    myfunc_test(std::forward<T>(t));
}

int main()
{
   // func(myfunc);
   // func(dotest);
    myfunc_test(myfunc);
}

一般來(lái)說(shuō)，傳遞函數(shù)做為函數(shù)參數(shù)時(shí)，用函數(shù)指針的情況很多，但也應(yīng)該知道，也可以直接傳遞函數(shù)名稱而不是指針的情況來(lái)操作。上面的代碼就是這樣，就會(huì)出現(xiàn)本節(jié)的問(wèn)題。但是如果直接調(diào)用函數(shù)myfunc_test而非完美轉(zhuǎn)發(fā)，則沒(méi)有問(wèn)題。同樣，函數(shù)模板也是如此，因?yàn)楹瘮?shù)模板畢竟不是一個(gè)實(shí)例，而是一組類(lèi)似實(shí)例的泛型。
想要解決這個(gè)問(wèn)題也很簡(jiǎn)單，依照著普通編譯成功的方式，采用指針的方式直接指明調(diào)用的函數(shù)即可，模板也同樣如此。

5.位字段

位域是由機(jī)器字的若干任意部分組成的（如32位int的第3至5個(gè)比特），但這樣的實(shí)體是無(wú)法直接取地址的。而fwd的形參是個(gè)引用，本質(zhì)上就是指針，所以也沒(méi)有辦法創(chuàng)建指向任意比特的指針。

解決方案：制作位域值的副本，并以該副本來(lái)調(diào)用轉(zhuǎn)發(fā)函數(shù)。

struct xxxxx
{
    std::uint32_t v: 4,
                  I : 4,
                  D : 6,
                  E : 2,
                  t : 16;
    //...
};

void test(std::uint16_t  v) {}

template<typename T>
void func(T&& t)
{
    test(std::forward<T>(t));
}
int main()
{
   xxxxx ip = {};
    test(ip.t);  //調(diào)用void func(int)
    //func(ip.t); //error，func形參是引用，由于位域是比特位組成。無(wú)法創(chuàng)建比特位的引用！

    //解決方案：創(chuàng)建位域的副本，并傳給func
    auto length = static_cast<std::uint16_t>(ip.t);
    func(length);
}

5.實(shí)例講解

實(shí)例：C++標(biāo)準(zhǔn)中的std::invoke

template <typename _Callable, typename... _Types>
auto invoke(_Callable&& obj, _Types... argv)
{
	return _Invoke<_Callable, _Types...>::_Call(
		std::forward<_Callable>(obj),
		std::forward<_Types>(argv)...);
}

到此這篇關(guān)于C++之std::forward完美轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ std::forward完美轉(zhuǎn)發(fā)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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