C++程式設計之 std::forward使用例子

2023-03-19 06:03:38

std::forward 是一個 C++11 中的模板函數，其主要作用是在模板函數或模板類中，將一個引數以“原樣”（forward）的方式轉發給另一個函數。通常情況下，該函數被用於實現完美轉發（perfect forwarding）。

完美轉發是指，一個函數或類別範本可以將其引數原封不動地轉發給另一個函數或類別範本，同時保持被轉發引數的左右值特性（lvalue 或 rvalue）。它在實現泛型程式設計時非常有用，因為它可以避免重複編寫程式碼，同時提高程式碼的可複用性。

在 C++ 中，函數引數可以是左值參照（lvalue reference）或右值參照（rvalue reference）。對於一個模板函數或類別範本，當傳遞一個引數時，如果該引數是左值，那麼傳遞的就是一個左值參照；如果該引數是右值，那麼傳遞的就是一個右值參照。

通常情況下，在將引數轉發給其他函數時，我們需要保留原始引數的左右值特性。這就是 std::forward 函數的作用，它可以將一個引數的左右值特性原封不動地轉發給其他函數。

下面是一個使用 std::forward 的例子：

#include <iostream>
#include <utility>

void func(int& x) {
    std::cout << "lvalue reference: " << x << std::endl;
}

void func(int&& x) {
    std::cout << "rvalue reference: " << x << std::endl;
}

template<typename T>
void wrapper(T&& arg) {
    func(std::forward<T>(arg));
}

int main() {
    int x = 42;
    wrapper(x);  // lvalue reference: 42
    wrapper(1);  // rvalue reference: 1
    return 0;
}

在上面的例子中，我們定義了兩個函數 func，一個接受左值參照，另一個接受右值參照。然後我們定義了一個模板函數 wrapper，它的引數是一個完美轉發參照（perfect forwarding reference） T&&。在 wrapper 函數中，我們使用 std::forward 函數將引數 arg 轉發給 func 函數。通過使用 std::forward，我們可以確保 func 函數接收到的引數的左右值特性與原始引數保持一致。

當向wrapper裡面傳入x的時候，wrapper推導認為 T是一個左值參照int &，通過參照摺疊原則（看萬能參照文章）int && + & = int &，相當於wrapper(int& arg)，同時我們知道了T推導為int&，那麼在向func傳遞的時候，就是func(std::forward<int&> (arg)) ，那麼func會以左值參照的形式 func(int& x) 呼叫arg。
當向wrapper裡面傳入1的時候，wrapper推導認為T是一個右值參照int&& ，通過參照摺疊原則，int && + && =int&& ，相當於wrapper(int&& arg)，同時我們知道了T推導為int&&，那麼在向func傳遞的時候，就是func(std::forward<int&&>(arg))，那麼func會以左值參照的形式func(int&& x)呼叫arg。

簡單來說，當傳遞給 wrapper 函數的引數是右值時，T 會被推導為右值參照型別 int&&，此時 std::forward(arg) 的返回值型別為 int&&，將會呼叫 func(int&&)。當傳遞給 wrapper 函數的引數是左值時，T 會被推導為左值參照型別 int&，此時 std::forward(arg) 的返回值型別為 int&，將會呼叫 func(int&)。

當我們把std::forward去掉的話，那麼當傳入一個具名變數引數時，func會認為這個值就是是一個左值。當傳入一個臨時變數（不具名變數）引數的時候，func會認為這個值就是一個右值。

#include <iostream>
#include <utility>

void func(int&& x) {
    std::cout << "rvalue reference: " << x << std::endl;
}

void func(int& x) {
    std::cout << "lvalue reference: " << x << std::endl;
}

template<typename T>
void wrapper(T&& arg) {
    func(arg);
    func(1);
}

int main() {
    int x = 42;
    wrapper(x);  // lvalue reference: 42
    wrapper(10);  // rvalue reference: 1
    return 0;
}

輸出：

lvalue reference: 42
rvalue reference: 1
lvalue reference: 10
rvalue reference: 1

這樣的結果就是不能對arg推匯出的型別完美轉發到其他函數中，顯然不符合本意。

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