引用（Reference）
引用一种是临时、轻量级的资源访问机制，本质是变量的别名，引用允许我们通过别名访问变量，而不需要复制其值。
1. 格式：type &ref = variable。
2. 特点：
- 引用在声明时就必须初始化且之后不能改变引用的对象。
- 引用本质上是一个别名，它和原始对象共享同一内存地址。
- 引用用于函数参数传递时，避免了大对象的复制，并且可以在函数内部修改外部对象的值。
3. 用法：
void increment(int &x) {
x++; // 通过引用修改外部变量的值
}
int& getMax(int &a, int &b) {
return (a > b) ? a : b; // 返回引用
}
int x=10,y=20;
getMax(x,y)=30; //现在y=30
void printValue(const int &x) { //传递大型对象/结构体时尤其重要，可以避免不必要的复制，同时保护原始数据。
std::cout << x << std::endl; // 不能修改 x
}
int x;
printValue(x);
4. 与指针的区别：
| 特性 | 引用（Reference） | 指针（Pointer） |
|---|---|---|
| 语法 | type &ref = variable; |
type* ptr = &variable; |
| 是否可为空 | 不可为空（必须引用有效的对象） | 可以为空（指向 nullptr） |
| 是否可以修改指向对象 | 不可以修改引用指向的对象 | 可以通过修改指针来改变它指向的对象 |
| 内存开销 | 引用没有额外的内存开销，它是一个别名 | 指针有额外的内存开销（存储指针本身的地址） |
| 使用场景 | 更常用于函数参数传递、返回引用等 | 更灵活，可以指向不同的对象，但需要管理内存 |
| 常量引用 | const type & |
const type* |
5. 注意：
- No reference to reference
- No pointers to reference:
int& * p;//illegal; - No array of references
左右值引用
C中，左右值区别简单：左值可以用于赋值语句左侧，右值不行。 C++中：
- 左值：有持久化内存，对象作为一个左值时使用的是它的内存中的位置。
- 右值：临时的不可持久化的对象，对象作为右值时使用的是其值，内存中的内容。要么是字面常量，要么是表达式求值过程中创建的临时对象。
原则：左值可被当做右值使用（使用其内容），反之不可。
const i=0;中i是常量左值。
左值引用
也就是默认的引用，如int &。
右值引用
为支持对象的移动（而非拷贝），引入右值引用：只能绑定到右值的引用，也就是绑定到临时的、即将销毁的对象。
形式：T&&即在类型后通过&&获得对象引用。
例：
std::move
utility 标准库中的std::move函数可以获得绑定到左值上的右值引用，它接受左值，返回右值引用。
右值引用主要用于两种情况：移动语义 和 完美转发
移动语义
右值引用实现的移动语义使得临时对象的资源（如动态分配的内存）可以从一个对象“转移”到另一个对象，而不是进行拷贝，提升了性能。
具体包括移动构造函数和移动赋值运算符。 注意：在移动操作完成后，原对象的指针应该被置为空，或者使其进入一个有效的、空的状态。这样，原对象的析构函数不会释放已经转移的资源，并且原对象可以安全地被销毁。
#include <iostream>
#include <cstring>
class MyClass {
private:
char* data;
public:
// 构造函数
MyClass(const char* str = "") {
if (str) {
data = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(data, str);
} else {
data = nullptr;
}
std::cout << "Constructor: " << data << std::endl;
}
// 移动构造函数
MyClass(MyClass&& other) noexcept : data(other.data) {
other.data = nullptr; // 置空原对象的指针
std::cout << "Move Constructor: " << data << std::endl;
}
// 移动赋值运算符
MyClass& operator=(MyClass&& other) noexcept {
if (this != &other) { // 防止自赋值
delete[] data; // 释放当前对象的资源
data = other.data; // 转移资源
other.data = nullptr; // 将原对象的指针置为空
std::cout << "Move Assignment: " << data << std::endl;
}
return *this; // 支持链式赋值
}
// 拷贝构造函数（为了演示）
MyClass(const MyClass& other) {
if (other.data) {
data = new char[strlen(other.data) + 1];
strcpy(data, other.data);
} else {
data = nullptr;
}
std::cout << "Copy Constructor: " << data << std::endl;
}
// 析构函数
~MyClass() {
delete[] data;
std::cout << "Destructor: " << (data ? data : "nullptr") << std::endl;
}
// 显示数据
void show() const {
std::cout << "Data: " << (data ? data : "nullptr") << std::endl;
}
};
int main() {
MyClass obj1("Hello");
MyClass obj2("World");
obj2 = std::move(obj1); // 移动赋值
obj1.show(); // 应该显示 nullptr，因为资源已转移
obj2.show(); // 应该显示 "Hello"
return 0;
}
引用折叠（Reference Collapsing）
引用折叠用来处理引用类型之间的 组合和转换，特别是在模板和万能引用的上下文中。引用折叠规则在多重引用类型结合时会产生一个简化后的引用类型。
引用折叠规则
C++ 中的引用折叠规则指出，当 两个引用类型 结合在一起时，引用会被折叠为一种较为简单的类型。具体规则如下：
T& &, T& &&, T&& &都折叠为T&。T&& &&折叠为T&&。
万能引用（Universal Reference）
万能引用，又叫做 转发引用（Forwarding Reference），用来描述既可以绑定 左值 也可以绑定 右值 的引用类型。 它的主要特点是：在模板中，引用可以通过 右值引用 或 左值引用 来推导，这取决于传入的参数类型。
万能引用的定义是 通过模板类型推导出的右值引用，即类型为 T&&，但是又能够接受 左值 和 右值。
也就是说，T&& 在模板中不仅仅代表右值引用，还可以代表 万能引用。
万能引用的示例
#include <iostream>
#include <utility> // std::forward
template <typename T>
void f(T&& arg) {
std::cout << "Received value: " << arg << std::endl;
}
int main() {
int x = 5;
f(x); // 传递左值
f(10); // 传递右值
return 0;
}
分析：
- 在模板中，
T&&是一个万能引用（转发引用），能够接受x（左值）和10（右值）。 - 编译器会根据传递的实际参数类型推导
T的类型。 - 当传递
x时，T被推导为int&，所以T&&会变成int& &&，折叠为int&。 - 当传递右值
10时，T被推导为int，所以T&&变成int&&。
万能引用和引用折叠的结合
在模板中，T&& 类型的参数可以绑定到左值或右值。当参数是左值时，T&& 会被折叠为左值引用（T&），而当参数是右值时，T&& 会保留为右值引用（T&&）。这使得我们可以在函数中正确地转发传入的左值和右值。
转发引用的一个常见例子：完美转发
#include <iostream>
#include <utility> // for std::forward
template <typename T>
void forwarder(T&& arg) {
// 完美转发，保持传入参数的值类别（左值/右值）
someFunction(std::forward<T>(arg));
}
void someFunction(int& x) {
std::cout << "Left value: " << x << std::endl;
}
void someFunction(int&& x) {
std::cout << "Right value: " << x << std::endl;
}
int main() {
int a = 5;
forwarder(a); // 调用左值版本
forwarder(10); // 调用右值版本
return 0;
}
分析：
std::forward<T>(arg)是为了实现 完美转发。它根据T的类型决定传递arg时是否保持其左值或右值的性质。- 如果
T是左值类型（即T&），std::forward<T>(arg)会传递左值引用。 - 如果
T是右值类型（即T&&），std::forward<T>(arg)会传递右值引用。
4. 总结：
- 万能引用 是指一个模板参数
T&&，它可以绑定到左值或右值。它在模板推导中非常有用，可以用于完美转发和其他高级用途。 - 引用折叠 是指两个引用类型结合时会简化为一种类型的规则。引用折叠是 C++ 中模板推导的一部分，确保了引用类型的简化，避免了复杂的类型组合。
通过合理运用 万能引用 和 引用折叠，我们可以编写更高效、灵活的模板代码，避免不必要的拷贝，减少性能开销。