C++面試八股文：什么是左值，什么是右值？-有解無憂

某日二師兄參加XXX科技公司的C++工程師開發崗位第16面：

面試官：什么是左值，什么是右值？

二師兄：簡單來說，左值就是可以使用&符號取地址的值，而右值一般不可以使用&符號取地址，

int a = 42;	//a是左值，可以&a
int* p = &a;
int* p = &42;	//42是右值，無法取地址

二師兄：一般左值存在記憶體中，而右值存在暫存器中，

int a = 42, b = 1024;
decltype(a+b);	//型別為右值，a+b回傳的值存在暫存器中
decltype(a+=b);	//型別為左值，a+=b回傳的值存盤在記憶體中

二師兄：嚴格意義上分，右值分為純右值（pvalue）和將亡值（xvalue），C++中，除了右值剩余的就是左值，

42;				//純右值
int a = 1024;
std::move(a);	//將亡值

面試官：C++98/03中已經有了左值，為什么還要增加右值的概念？

二師兄：主要是為了效率，特別是STL中的容器，當需要把容器當作引數傳入函式時：

void function(std::vector<int> vi2)
{
    vi2.push_back(6);
    for(auto& i: vi2) { std:: cout < i << " " ;}
    std::cout << std::endl;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    std::vector<int> vi1{1,2,3,4,5};
    function(vi1);
    return 0;
}

二師兄：當我們要把vi1傳入函式時，在C++98/03時只能通過拷貝建構式，把vi1中所有的元素全部拷貝一份給vi2，拷貝完成之后，當function函式回傳時，vi2被析構，然后vi1被析構，

二師兄：在C++11及之后，我們可以通過std::move()把vi1強制轉為右值，此時在初始化vi2時執行的不是拷貝構造而是移動構造：

void function(std::vector<int>&& vi2)
{
    vi2.push_back(6);
    for(auto& i: vi2) { std:: cout < i << " " ;}
    std::cout << std::endl;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    std::vector<int> vi1{1,2,3,4,5};
    function(std::move(vi1));
    return 0;
}

二師兄：這里只進行了一次構造，一次移動（當元素特別多時，移動的成本相對于拷貝基本可以忽略不記），一次析構，效率得到很大的提升，

二師兄：當然，移動過后的變數已經不能再使用（身體被掏空），在std::move(vi1)之后使用vi1是未定義行為，

面試官：好的，那你知道移動構造是如何實作的嗎？

二師兄：移動構造是通過移動建構式實作的，當類有資源需要管理時，拷貝構造會把資源復制一份，而移動構造偷走了原物件的資源，

struct Foo
{
    int* data_;
    
    //copy construct
    Foo(const Foo& oth)
    {
        data_ = new int(*oth.data_);
    }
    //move construct
    Foo(Foo&& oth) noexcept
    {
        data_ = oth.data_;		//steal
        oth.data_ = nullptr;	//set to null
    }
}

面試官：好的，你覺得移動建構式的noexcept關鍵字能省略嗎？為什么？

二師兄：應該不能吧，具體不清楚，

面試官：那你知道std::move是如何實作的嗎？

二師兄：好像是static_cast實作的吧，

面試官：那你知道什么叫萬能參考嗎？

二師兄：萬能參考主要用在模板中，模板引數是T，形參是T&&，此時可以傳入任何型別的引數，所以稱之為萬能參考，

template<typename T>
void function(T&& t) { ...}

面試官：那你知道萬能參考是如何實作的嗎？

二師兄：不太清楚，，

面試官：完美轉發知道嗎？

二師兄：std::forward 嗎，了解過一些，不太熟悉，

面試官：好的，回去等訊息吧，

讓我們來回顧以下二師兄今天的表現：

移動建構式的noexcept關鍵字能省略嗎？為什么？

這里盡量不要省略，如果省略，編譯器會推斷是否會拋出例外，如果移動建構式可能會拋出例外，則編譯器不會將其標記為noexcept，當編譯器不標記為noexcept時，為了保證程式的正確性，編譯器可能會采用拷貝構造的方式實作移動構造，從而導致效率降低，

需要注意的是，如果標記了noexcept但在移動時拋出了例外，則程式會呼叫std::terminate()函式來終止運行，

知道std::move是如何實作的嗎？

這里的確是通過static_cast實作的，講左值強行轉換成右值，用來匹配移動語意而非拷貝，

template<typename T>
typename std::remove_reference<T>::type&& move(T&& t) { return static_cast<typename std::remove_reference<T>::type&&>(t);}

萬能參考是如何實作的？

萬能參考主要使用了參考折疊技術，

template<typename T>
void function(T&& t) { ...}

當T型別為左值時，&& & 被折疊為&，當T型別為右值時，&& &&被折疊稱為&&，以下是折疊規則：

& &    -> &
& &&   -> &
&& &   -> &
&& &&  -> &&

完美轉發知道嗎？

當我們需要在function中傳遞t引數時，如何保證它的左值或右值語意呢？這時候完美轉發就登場了：

template<typename T>
void function2(T&& t2) {}
template<typename T>
void function(T&& t) 
{
    function2(t);
}

當傳入的引數t的型別時右值時，由于參考折疊還是右值，此時的t雖然時一個右值參考，但t本身卻是一個左值！這里非常的不好理解，如果我們把t直接傳入到function2，那么function2中的t2會被推導成左值，達不到我們的目標，如果在呼叫function2時傳入std::move(t)，當t是右值時沒有問題，但當t是左值時，把t移動到t2，t在外部不在能用，這也不符合我們的預期，此時std::forward閃亮登場！

template<typename T>
void function2(T&& t2) {}
template<typename T>
void function(T&& t) 
{
    function2(std::forward<T&&>(t));
}

std::forward使用了編譯時多型（SFINAE）技術，使得當引數t是左值是和右值是匹配不同的實作，完成回傳不同型別參考的目的，以下是標準庫的實作：

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

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

好了，今日份面試到這里就結束了，二師兄的表現如何呢？預知后事如何，且聽下回分解，

關注我，帶你21天“精通”C++！（狗頭）

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