C++面试八股文：什么是左值，什么是右值？

某日二师兄参加XXX科技公司的C++工程师开发岗位第16面：

面试官：什么是左值，什么是右值？

二师兄：简单来说，左值就是可以使用&符号取地址的值，而右值一般不可以使用&符号取地址。

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

二师兄：一般左值存在内存中，而右值存在寄存器中。

int a = 42, b = 1024;
decltype(a+b);	//类型为右值，a+b返回的值存在寄存器中
decltype(a+=b);	//类型为左值，a+=b返回的值存储在内存中

二师兄：严格意义上分，右值分为纯右值（pvalue）和将亡值（xvalue）。C++中，除了右值剩余的就是左值。

42;				//纯右值
int a = 1024;
std::move(a);	//将亡值

面试官：C++98/03中已经有了左值，为什么还要增加右值的概念？

二师兄：主要是为了效率。特别是STL中的容器，当需要把容器当作参数传入函数时：

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;
}

二师兄：当我们要把vi1传入函数时，在C++98/03时只能通过拷贝构造函数，把vi1中所有的元素全部拷贝一份给vi2，拷贝完成之后，当function函数返回时，vi2被析构，然后vi1被析构。

二师兄：在C++11及之后，我们可以通过std::move()把vi1强制转为右值，此时在初始化vi2时执行的不是拷贝构造而是移动构造：

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;
}

二师兄：这里只进行了一次构造。一次移动（当元素特别多时，移动的成本相对于拷贝基本可以忽略不记），一次析构。效率得到很大的提升。

二师兄：当然，移动过后的变量已经不能再使用（身体被掏空），在std::move(vi1)之后使用vi1是未定义行为。

面试官：好的。那你知道移动构造是如何实现的吗？

二师兄：移动构造是通过移动构造函数实现的，当类有资源需要管理时，拷贝构造会把资源复制一份，而移动构造偷走了原对象的资源。

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
    }
}

面试官：好的。你觉得移动构造函数的noexcept关键字能省略吗？为什么？

二师兄：应该不能吧，具体不清楚。

面试官：那你知道std::move是如何实现的吗？

二师兄：好像是static_cast实现的吧。

面试官：那你知道什么叫万能引用吗？

二师兄：万能引用主要用在模板中，模板参数是T，形参是T&&，此时可以传入任何类型的参数，所以称之为万能引用。

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

面试官：那你知道万能引用是如何实现的吗？

二师兄：不太清楚。。

面试官：完美转发知道吗？

二师兄：std::forward 吗，了解过一些，不太熟悉。

面试官：好的，回去等消息吧。

让我们来回顾以下二师兄今天的表现：

移动构造函数的noexcept关键字能省略吗？为什么？

这里尽量不要省略。如果省略，编译器会推断是否会抛出异常。如果移动构造函数可能会抛出异常，则编译器不会将其标记为noexcept。当编译器不标记为noexcept时，为了保证程序的正确性，编译器可能会采用拷贝构造的方式实现移动构造，从而导致效率降低。

需要注意的是，如果标记了noexcept但在移动时抛出了异常，则程序会调用std::terminate()函数来终止运行。

知道std::move是如何实现的吗？

这里的确是通过static_cast实现的，讲左值强行转换成右值，用来匹配移动语义而非拷贝。

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

万能引用是如何实现的？

万能引用主要使用了引用折叠技术，

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

当T类型为左值时，&& & 被折叠为&， 当T类型为右值时，&& &&被折叠称为&&。以下是折叠规则：

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

完美转发知道吗？

当我们需要在function中传递t参数时，如何保证它的左值或右值语义呢？这时候完美转发就登场了：

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

当传入的参数t的类型时右值时，由于引用折叠还是右值，此时的t虽然时一个右值引用，但t本身却是一个左值！这里非常的不好理解。如果我们把t直接传入到function2，那么function2中的t2会被推导成左值，达不到我们的目标。如果在调用function2时传入std::move(t)，当t是右值时没有问题，但当t是左值时，把t移动到t2，t在外部不在能用。这也不符合我们的预期。此时std::forward闪亮登场！

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

std::forward使用了编译时多态（SFINAE）技术，使得当参数t是左值是和右值是匹配不同的实现，完成返回不同类型引用的目的。以下是标准库的实现：

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);
}