条款23：理解stdmove和stdforward

条款23：理解 std::move 和 std::forward

右值引用、移动语义与完美转发简介

移动语义（Move Semantics）

允许编译器用“廉价”的移动操作代替“昂贵”的拷贝操作。通过移动构造函数和移动赋值操作符，程序员可以控制对象如何被“移动”而不是复制。它使得一些类型（如 std::unique_ptr、std::future、std::thread）可以只被移动而非复制。

完美转发（Perfect Forwarding）

允许函数模板接收任意数量和任意类型的实参，并将这些实参保持其左值/右值属性不变地转发给另一个函数。常用来实现包装器或中间转发函数。

右值引用（Rvalue Reference）

是连接移动语义和完美转发的语言机制基础。用 T&& 表示右值引用类型，但需要注意：

• 函数形参（包括右值引用形参）本身是左值。
• T&& 类型的含义依赖于上下文，特别是在模板中。

形参即使是右值引用类型也是左值

“左值/右值” 是表达式的属性，”左值引用/右值引用” 是变量的类型。

void f(Widget&& w);  // w的类型是右值引用

• 但 w 本身是一个左值（变量名），不能直接视为右值。

• 这点很重要，因为它决定了调用时的行为和传参方式。

举个例子说明：

void f(Widget&& w) {
    process(w);  // 注意：这里是传 w，而不是 std::move(w)
}

你可能以为 w 是右值引用，传给 process(w) 会调用 process(Widget&&)，但实际上不会。

因为：

• w 是一个有名字的变量，它是左值；
• 所以 process(w) 调用的是接受左值引用的重载版本（process(const Widget&) 或 process(Widget&)）；
• 要想让 w 被当作右值传下去，必须写成 std::move(w) 或 std::forward<T>(w)（若 w 是通用引用）；

std::move

• 本质：仅执行 static_cast<T&&>(param)，告诉编译器“我打算把它当右值用”。
• 不会移动对象本身，是否执行移动行为取决于随后调用的函数（如移动构造函数）。
• 常见用途：用于明确标记一个对象可以被移动，例如移动构造、移动赋值时。
• 注意事项：不能对 const 对象使用 std::move 期待移动行为！

std::string s = "text";
std::string s2 = std::move(s);  // s 的内容被移动（实际上由移动构造决定）

错误示例（const 导致移动失效）：

explicit Annotation(const std::string text)
: value(std::move(text)) // 实际发生的是拷贝！

text 是 const std::string，移动构造无法接受 const string&&，因此 退化为拷贝。

第一步：构造函数形参声明

const std::string text

• text 是一个按值传递的变量
• 即构造函数入参时已经拷贝了一份（或移动）
• 此时的 text 是一个 局部变量，类型为 const std::string

第二步：std::move(text) 做了什么？

std::move(text)

等价于：

static_cast<std::string&&>(text)

注意！ text 的类型是 const std::string，所以它变成了：

static_cast<const std::string&&>(text) // 是 const string 的右值引用

第三步：调用 value(std::move(text)) → 构造 value

此时构造成员变量 value，即：

std::string value = static_cast<const std::string&&>(text);

在写 std::string value = ... 时，就是在构造一个对象。C++ 语言规定：当对象被构造时，编译器必须从所有可用的构造函数中选择最匹配的那一个。这一步称为构造函数重载决议。

现在，编译器要在 std::string 的构造函数中做重载决议，看看哪个函数最匹配：

string(const string&);  // ✅ 可接受 const string（左值或右值）
string(string&&);       // ❌ 不接受 const string&&

所以，编译器选择了：

string(const string&) // 即调用拷贝构造函数

std::forward

• 本质：根据模板类型 T 和参数 param 的值类别，在编译期选择是否转为右值。
• 用途：主要用于“完美转发”——保留传入参数的值类别，转发给其他函数。

template<typename T>
void wrapper(T&& arg) {
    callee(std::forward<T>(arg));  // 保留左/右值特性
}

• 如果 arg 是左值 → T 推导为 T& → forward<T>(arg) 结果是左值

• 如果 arg 是右值 → T 推导为 T → forward<T>(arg) 结果是右值

示例对比

std::move：明确表达“我要用右值”

class Widget {
public:
    Widget(Widget&& rhs)
    : s(std::move(rhs.s))         // 明确：我就是要移动
    { ++moveCtorCalls; }

private:
    std::string s;
    static std::size_t moveCtorCalls;
};

若用 std::forward 写法：

: s(std::forward<std::string>(rhs.s))  // 繁琐、不直观、易错

• 不必要地引入模板参数
• 写错 std::string& 会导致退化为拷贝
• 含义不明确，不该用于非模板上下文

常见误区

误区	解说
误以为 std::move 会移动对象	实际上它只是类型转换，是否移动由函数（如构造函数）决定
对 const 对象使用 std::move 会移动	不会，const T&& 会阻止移动，转为拷贝
在普通函数中用 std::forward 更高级	实际上不合适，std::forward 主要用于模板通用引用上下文
以为 std::move 和 std::forward 是运行期函数	它们在运行期没有任何开销，只是编译期类型转换

总结

• std::move 是一种 无条件右值转换，用于触发移动操作，但不保证一定发生移动。
• std::forward 是一种 有条件右值转换，仅在实参是右值时才转换，用于模板中的完美转发。
• 它们本质上都只是 编译期类型转换，运行期什么都不做。