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【C++】C++11

news 2025/8/17 8:08:20

1. C++11的发展历史

2. 列表初始化

2.1 C++98传统的{}

2.2 C++11中的{}

2.3 C++11中的std::initializer_list

3. 右值引用和移动语义

3.1 左值和右值

3.2 左值引用和右值引用

3.3 引用延长生命周期

3.4 左值和右值的参数匹配

3.5 移动构造和移动赋值

3.6 右值引用和移动语义的使用场景

3.6.1 左值引用主要使用场景回顾

a.解决方案一：输出型参数（影响可读性）

b.解决方案二：编译器的优化（非标，不同编译器优化可能不同）

右值对象构造，只有拷贝构造，没有移动构造的场景

右值对象赋值，只有拷贝构造和拷贝赋值，没有移动构造和移动赋值的场景

c.解决方案三：新标准新语法处理（右值引用和移动语义）

右值对象构造，有拷贝构造，也有移动构造的场景

右值对象赋值，既有拷贝构造和拷贝赋值，也有移动构造和移动赋值的场景

3.6.2 右值引用和移动语义在传参中的提效

3.7 类型分类

3.8 引用折叠

3.9 完美转发

4. 可变参数模板

4.1 基本语法及原理

4.2 包扩展

4.3 empalce系列接口

5. 新的类功能

5.1 默认的移动构造和移动赋值

5.2 成员变量声明时给缺省值

5.3 defult和delete

5.4 final与override

6. STL中一些变化

7. lambda

7.1 lambda表达式语法

7.2 捕捉列表

7.3 lambda的应用

7.4 lambda的原理

8. 包装器

8.1 function

8.2 bind

9.其他

1. C++11的发展历史

C++11 是 C++ 的第二个主要版本，并且是从 C++98 起的最重要更新。它引入了大量更改，标准化了既有实践，并改进了对 C++ 程序员可用的抽象。在它最终由 ISO 在 2011 年 8 月 12 日采纳前，人们曾使用名称“C++0x”，因为它曾被期待在 2010 年之前发布。C++03 与 C++11 期间花了 8 年时间，故而这是迄今为止最长的版本间隔。从那时起，C++ 有规律地每 3 年更新一次。

2. 列表初始化

2.1 C++98传统的{}

C++98中一般数组和结构体可以用{}进行初始化。

struct Point
{int _x;int _y;
};
int main()
{int array1[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };int array2[5] = { 0 };Point p = { 1, 2 };return 0;
}

2.2 C++11中的{}

• C++11以后想统一初始化方式，试图实现一切对象皆可用{}初始化，{}初始化也叫做列表初始化。

• C++11之后，内置类型支持列表初始化，与直接赋值类似，自定义类型也支持，不过自定义类型支持列表初始化的本质是类型转换，中间会产生临时对象，然后传给对象构造，编译器优化步骤以后变成赋值给对象直接构造。

• {}初始化的过程中，可以省略掉=，以类型名+对象名+{}的形式直接构造。

• C++11列表初始化的本意是想实现一个大统一的初始化方式，实现初始化的泛型化，其次列表初始化在有些场景下带来的不少便利，如容器push/inset多参数构造的对象时，{}初始化会很方便，直接传入{}即可。

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
struct Point
{int _x;int _y;
};
class Date
{
public:Date(int year = 1, int month = 1, int day = 1):_year(year), _month(month), _day(day){cout << "Date(int year, int month, int day)" << endl;}Date(const Date& d):_year(d._year), _month(d._month), _day(d._day){cout << "Date(const Date& d)" << endl;}
private:int _year;int _month;int _day;
};
// 一切皆可用列表初始化，且可以不加=
int main()
{// C++98支持的int a1[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };int a2[5] = { 0 };Point p = { 1, 2 };// C++11支持的// 内置类型支持int x1 = { 2 };// 自定义类型支持// 这里本质是用{ 2025, 1, 1}构造一个Date临时对象// 临时对象再去拷贝构造d1，编译器优化后合二为一变成{ 2025, 1, 1}直接构造初始化//d1// 运行一下，我们可以验证上面的理论，发现是没调用拷贝构造的Date d1 = { 2025, 1, 1 };// 这里d2引用的是{ 2024, 7, 25 }构造的临时对象const Date& d2 = { 2024, 7, 25 };// 需要注意的是C++98支持单参数时类型转换，也可以不用{}Date d3 = { 2025 };Date d4 = 2025;// 可以省略掉=Point p1{ 1, 2 };int x2{ 2 };Date d6{ 2024, 7, 25 };const Date& d7{ 2024, 7, 25 };// 不支持，只有{}初始化，才能省略=// Date d8 2025;vector<Date> v;v.push_back(d1);v.push_back(Date(2025, 1, 1));// 比起有名对象和匿名对象传参，这里{}更有性价比v.push_back({ 2025, 1, 1 });return 0;
}

2.3 C++11中的std::initializer_list

• 上面的初始化已经很方便，但是对象容器初始化还是不太方便，比如一个vector对象，我想用N个值去构造初始化，那么我们得实现很多个构造函数才能支持， vector<int> v1 =
{1,2,3};vector<int> v2 = {1,2,3,4,5};

• 所以C++11库中提出了一个std::initializer_list的类。这是他的文档：initializer_list。

• initializer_list这个类的本质是底层开一个数组，将数据拷贝过来，std::initializer_list内部有两个指针分别指向数组的开始和结束。std::initializer_list支持迭代器遍历。

• 容器支持一个std::initializer_list的构造函数，也就支持任意多个值构成的{x1,x2,x3...}

进行初始化。

• STL中的容器支持任意多个值构成的{x1,x2,x3...} 进行初始化，就是先通过{x1,x2,x3...} 构造initializer_list，然后底层再通过initializer_list数据构造容器。

// STL中的容器都增加了一个initializer_list的构造
vector(initializer_list<value_type> il, const allocator_type& alloc =allocator_type());
list(initializer_list<value_type> il, const allocator_type& alloc =allocator_type());
map(initializer_list<value_type> il, const key_compare& comp =key_compare(), const allocator_type& alloc = allocator_type());
// ...
template<class T>
class vector {
public:typedef T* iterator;vector(initializer_list<T> l){for (auto e : l)push_back(e)}
private:iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _endofstorage = nullptr;
};
// 另外，容器的赋值也支持initializer_list的版本
vector& operator= (initializer_list<value_type> il);
map& operator= (initializer_list<value_type> il);

#include<vector>
#include<string>
#include<map>
using namespace std;
int main()
{//验证initializer_list底层是开辟一个数组std::initializer_list<int> mylist;mylist = { 10, 20, 30 };cout << sizeof(mylist) << endl;// 这里begin和end返回的值initializer_list对象中存的两个指针// 这两个指针的值跟i的地址跟接近，说明数组存在栈上int i = 0;cout << mylist.begin() << endl;cout << mylist.end() << endl;cout << &i << endl;// {}列表中可以有任意多个值// 这两个写法语义上还是有差别的，第一个v1是直接构造，// 第二个v2是构造临时对象+临时对象拷贝v2+优化为直接构造vector<int> v1({ 1,2,3,4,5 });vector<int> v2 = { 1,2,3,4,5 };const vector<int>& v3 = { 1,2,3,4,5 };// 这里是pair对象的{}初始化和map的initializer_list构造结合到一起用了//{"sort", "排序"}, {"string", "字符串"},先构造pair对象//pair对象再构造map对象map<string, string> dict = { {"sort", "排序"}, {"string", "字符串"} };// initializer_list版本的赋值支持v1 = { 10,20,30,40,50 };return 0;
}

3. 右值引用和移动语义

C++98的C++语法中就有引用的语法，而C++11中新增了的右值引用语法特性，C++11之后我们之前学习的引用就叫做左值引用。无论左值引用还是右值引用，都是给对象取别名。

3.1 左值和右值

在详细介绍左值引用与右值引用，我们需要先了解左值、右值的概念。

• 左值是一个表示数据的表达式(如变量名或解引用的指针)，一般是有持久状态，存储在内存中，我们可以获取它的地址，左值可以出现赋值符号的左边，也可以出现在赋值符号右边。定义时const修饰符后的左值，不能给他赋值，但是可以取它的地址。

• 右值也是一个表示数据的表达式，要么是字面值常量、要么是表达式求值过程中创建的临时对象等，右值可以出现在赋值符号的右边，但是不能出现出现在赋值符号的左边，右值不能取地址。

• 值得一提的是，左值的英文简写为lvalue，右值的英文简写为rvalue。传统认为它们分别是leftvalue、right value 的缩写。现代C++中，lvalue 被解释为loactor value的缩写，可意为存储在内存中、有明确存储地址可以取地址的对象，而 rvalue 被解释为 read value，指的是那些可以提供数据值，但是不可以寻址，例如：临时变量，字面量常量，存储于寄存器中的变量等，也就是说左值和右值的核心区别就是能否取地址。

#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{// 左值：可以取地址// 以下的p、b、c、*p、s、s[0]就是常见的左值int* p = new int(0);int b = 1;const int c = b;*p = 10;string s("111111");s[0] = 'x';cout << &c << endl;cout << (void*)&s[0] << endl;// 右值：不能取地址double x = 1.1, y = 2.2;// 以下几个10、x + y、fmin(x, y)、string("11111")都是常见的右值10;x + y;fmin(x, y);string("11111");//cout << &10 << endl;//cout << &(x+y) << endl;//cout << &(fmin(x, y)) << endl;//cout << &string("11111") << endl;return 0;
}

3.2 左值引用和右值引用

• Type& r1 = x; Type&& rr1 = y; 第一个语句就是左值引用，左值引用就是给左值取别
名，第二个就是右值引用，同样的道理，右值引用就是给右值取别名。

• 左值引用不能直接引用右值，但是const左值引用可以引用右值

• 右值引用不能直接引用左值，但是右值引用可以引用move(左值)

• template <class T> typename remove_reference<T>::type&& move (T&&arg);

move是库里面的一个函数模板，本质内部是进行强制类型转换，当然他还涉及一些引用折叠的知识，这个我们后面会细讲。

• 需要注意的是变量表达式都是左值属性，也就意味着一个右值被右值引用绑定后，右值引用变量变量表达式的属性是左值

• 语法层面看，左值引用和右值引用都是取别名，不开空间。从汇编底层的角度看下面代码中r1和rr1汇编层实现，底层都是用指针实现的，没什么区别。底层汇编等实现和上层语法表达的意义有时是背离的，所以不要然到一起去理解，互相佐证，这样反而是陷入迷途。

template <class _Ty>
remove_reference_t<_Ty>&& move(_Ty&& _Arg)
{ // forward _Arg as movablereturn static_cast<remove_reference_t<_Ty>&&>(_Arg);
}
#include<iostream>
using namespace std;
int main()
{// 左值：可以取地址// 以下的p、b、c、*p、s、s[0]就是常见的左值int* p = new int(0);int b = 1;const int c = b;*p = 10;string s("111111");s[0] = 'x';double x = 1.1, y = 2.2;// 左值引用给左值取别名int& r1 = b;int*& r2 = p;int& r3 = *p;string& r4 = s;char& r5 = s[0];// 右值引用给右值取别名int&& rr1 = 10;double&& rr2 = x + y;double&& rr3 = fmin(x, y);string&& rr4 = string("11111");// 左值引用不能直接引用右值，但是const左值引用可以引用右值const int& rx1 = 10;const double& rx2 = x + y;const double& rx3 = fmin(x, y);const string& rx4 = string("11111");// 右值引用不能直接引用左值，但是右值引用可以引用move(左值)int&& rrx1 = move(b);int*&& rrx2 = move(p);int&& rrx3 = move(*p);//move的本质就是强制类型转换，将左值转换成右值string&& rrx4 = move(s);string&& rrx5 = (string&&)s;// b、r1、rr1都是变量表达式，都是左值cout << &b << endl;cout << &r1 << endl;cout << &rr1 << endl;// 这里要注意的是，rr1的属性是左值，所以不能再被右值引用绑定，除非move一下int& r6 = r1;// int&& rrx6 = rr1;int&& rrx6 = move(rr1);return 0;
}

3.3 引用延长生命周期

右值引用可用于为临时对象延长生命周期，const 的左值引用也能延长临时对象生存期，临时对象延长的生命周期随引用，但这些对象无法被修改。

int main()
{std::string s1 = "Test";// std::string&& r1 = s1; // 错误：不能绑定到左值const std::string& r2 = s1 + s1; // const 的左值引用可以延长临时对象的生存期// r2 += "Test"; // 错误，不能通过const修饰引用修改std::string&& r3 = s1 + s1; // OK：右值引用延长生存期r3 += "Test"; // OK：能通过到非const修饰的引用修改std::cout << r3 << '\n';return 0;
}

3.4 左值和右值的参数匹配

• C++98中，我们实现一个const左值引用作为参数的函数，那么实参传递左值和右值都可以匹配。

• C++11以后，分别重载左值引用、const左值引用、右值引用作为形参的f函数，那么实参是左值会匹配f(左值引用)，实参是const左值会匹配f(const 左值引用)，实参是右值会匹配f(右值引用)。

• 右值引用变量在用于表达式时属性是左值，这个设计这里会感觉跟怪，下文我们讲右值引用的使用场景时，就能体会这样设计的价值了

#include<iostream>
using namespace std;
void f(int& x)
{std::cout << "左值引用重载 f(" << x << ")\n";
}
void f(const int& x)
{std::cout << "到 const 的左值引用重载 f(" << x << ")\n";
}
void f(int&& x)
{std::cout << "右值引用重载 f(" << x << ")\n";
}
int main()
{int i = 1;const int ci = 2;f(i); // 调用 f(int&)f(ci); // 调用 f(const int&)f(3); // 调用 f(int&&)，如果没有 f(int&&) 重载则会调用 f(const int&)f(std::move(i)); // 调用 f(int&&)// 右值引用变量在用于表达式时是左值int&& x = 1;f(x); // 调用 f(int& x)f(std::move(x)); // 调用 f(int&& x)return 0;
}

3.5 移动构造和移动赋值

• 移动构造函数是一种构造函数，类似拷贝构造函数，移动构造函数要求第一个参数是该类类型的引用，但是不同的是要求这个参数是右值引用，如果还有其他参数，额外的参数必须有缺省值。

• 移动赋值是一个赋值运算符的重载，他跟拷贝赋值构成函数重载，类似拷贝赋值函数，移动赋值函数要求第一个参数是该类类型的引用，但是不同的是要求这个参数是右值引用。

• 对于像string/vector这样的深拷贝的类或者包含深拷贝的成员变量的类，移动构造和移动赋值才有意义，因为移动构造和移动赋值的第一个参数都是右值引用的类型，他的本质是要“窃取”引用的右值对象的资源，而不是像拷贝构造和拷贝赋值那样去拷贝资源，从提高效率。

下面的bit::string样例实现了移动构造和移动赋值，我们需要结合场景理解。

右值引用的对象一般都是临时对象、字面量常量等，这类对象往往在使用过后会立刻释放存储空间，即不会再使用存储空间，所以我们可以看到下面移动语义的实现，底层直接交换了要构造对象与右值引用对象的指向的资源。

原本我们构造一个对象或者给一个对象赋值，我们是需要先创建一个对象，然后将右值应用内的资源拷贝到新对象中，然后再将右值引用的对象释放，但是既然右值引用的资源构造完对象后马上就会释放，所以移动语义这里直接交换双方的资源，右值引用的对象立刻释放，不会有什么影响，新对象已经是新数据，构造完成，不需要拷贝，效率大大提升。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<algorithm>
using namespace std;
namespace bit
{class string{public:typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}const_iterator begin() const{return _str;}const_iterator end() const{return _str + _size;}string(const char* str = ""):_size(strlen(str)), _capacity(_size){cout << "string(char* str)-构造" << endl;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}void swap(string& s){::swap(_str, s._str);::swap(_size, s._size);::swap(_capacity, s._capacity);}string(const string& s):_str(nullptr){cout << "string(const string& s) -- 拷贝构造" << endl;reserve(s._capacity);for (auto ch : s){push_back(ch);}}// 移动构造string(string&& s){cout << "string(string&& s) -- 移动构造" << endl;swap(s);}string& operator=(const string& s){cout << "string& operator=(const string& s) -- 拷贝赋值" <<endl;if (this != &s){_str[0] = '\0';_size = 0;reserve(s._capacity);for (auto ch : s){push_back(ch);}}return *this;}// 移动赋值string& operator=(string&& s){cout << "string& operator=(string&& s) -- 移动赋值" << endl;swap(s);return *this;}~string(){cout << "~string() -- 析构" << endl;delete[] _str;_str = nullptr;}char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _str[pos];}void reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];if (_str){strcpy(tmp, _str);delete[] _str;}_str = tmp;_capacity = n;}}void push_back(char ch){if (_size >= _capacity){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity *2;reserve(newcapacity);}_str[_size] = ch;++_size;_str[_size] = '\0';}string& operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}const char* c_str() const{return _str;}size_t size() const{return _size;}
private:char* _str = nullptr;size_t _size = 0;size_t _capacity = 0;
};
}
int main()
{bit::string s1("xxxxx");// 拷贝构造bit::string s2 = s1;// 构造+移动构造，优化后直接构造bit::string s3 = bit::string("yyyyy");// 移动构造bit::string s4 = move(s1);cout << "******************************" << endl;return 0;
}

3.6 右值引用和移动语义的使用场景

3.6.1 左值引用主要使用场景回顾

左值引用主要使用场景是在函数中左值引用传参和左值引用传返回值时减少拷贝，同时还可以修改实参和修改返回对象的值。左值引用已经解决大多数场景的拷贝效率问题，但是有些场景不能使用传左值引用返回，如下面addStrings和generate函数，需要返回的数据是存储在函数栈桢上的，当函数调用完成，栈桢释放，那如果返回引用，这里就会变成返回一个野引用。

那么C++11以后这里可以使用右值引用做返回值解决吗？显然是不可能的，因为这里的本质是返回对象是一个局部对象，函数结束这个对象就析构销毁了，右值引用返回也无法概念对象已经析构销毁的事实。

针对这个问题在，后续主要提出三种解决方式。

class Solution {
public:// 传值返回需要拷贝string addStrings(string num1, string num2) {string str;int end1 = num1.size() - 1, end2 = num2.size() - 1;// 进位int next = 0;while (end1 >= 0 || end2 >= 0){int val1 = end1 >= 0 ? num1[end1--] - '0' : 0;int val2 = end2 >= 0 ? num2[end2--] - '0' : 0;int ret = val1 + val2 + next;next = ret / 10;ret = ret % 10;str += ('0' + ret);}if (next == 1)str += '1';reverse(str.begin(), str.end());return str;}
};
class Solution {
public:// 这里的传值返回拷贝代价就太大了vector<vector<int>> generate(int numRows) {vector<vector<int>> vv(numRows);for (int i = 0; i < numRows; ++i){vv[i].resize(i + 1, 1);}for (int i = 2; i < numRows; ++i){for (int j = 1; j < i; ++j){vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];}}return vv;}
};

a.解决方案一：输出型参数（影响可读性）

C++98中的解决方案只能是被迫使用输出型参数解决，参数使用引用形式减少拷贝。

class Solution {
public:// 传值返回需要拷贝string addStrings(string num1, string num2) {string str;int end1 = num1.size() - 1, end2 = num2.size() - 1;// 进位int next = 0;while (end1 >= 0 || end2 >= 0){int val1 = end1 >= 0 ? num1[end1--] - '0' : 0;int val2 = end2 >= 0 ? num2[end2--] - '0' : 0;int ret = val1 + val2 + next;next = ret / 10;ret = ret % 10;str += ('0' + ret);}if (next == 1)str += '1';reverse(str.begin(), str.end());return str;}
};
class Solution {
public:// 增加输出型参数void generate(int numRows,vector<vector<int>> vv) {for (int i = 0; i < numRows; ++i){vv[i].resize(i + 1, 1);}for (int i = 2; i < numRows; ++i){for (int j = 1; j < i; ++j){vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];}}}
};int main() {vector<vector<int>> ret;Solution().generate(100, ret);return 0;
}

b.解决方案二：编译器的优化（非标，不同编译器优化可能不同）

右值对象构造，只有拷贝构造，没有移动构造的场景

• 图1展示了vs2019 debug环境下编译器对拷贝的优化，左边为不优化的情况下，两次拷贝构造，小构造临时对象，再构造目标对象，右边为编译器优化的场景下连续步骤中的拷贝合二为一变为一次拷贝构造，通过结果直接构造目标对象，不在构造目标对象。

• 需要注意的是在vs2019的release和vs2022的debug和release，下面代码优化为非常恐怖，会直接将str对象的构造，str拷贝构造临时对象，临时对象拷贝构造ret对象，合三为一，变为直接构造。整个过程只创造一个对象，编译器只创造目标对象ret，函数内的中间对象底层都是编译器传递的ret。要理解这个优化要结合局部对象生命周期和栈帧的角度理解，如图2所示。

• linux下可以将下面代码拷贝到test.cpp文件，编译时用 g++ test.cpp -fno-elideconstructors
的方式关闭构造优化，运行结果可以看到图1左边没有优化的两次拷贝。

右值对象赋值，只有拷贝构造和拷贝赋值，没有移动构造和移动赋值的场景

• 图3左边展示了vs2019 debug和g++ test.cpp -fno-elide-constructors 关闭优化环境
下编译器的处理，一次拷贝构造，一次拷贝赋值，先构造临时对象，再通过临时对象赋值。

• 需要注意的是在vs2019的release和vs2022的debug和release，下面代码会进一步优化，直接构造要返回的临时对象，str本质是临时对象的引用，底层角度用指针实现。运行结果的角度，我们可以看到str的析构是在赋值以后，说明str就是临时对象的别名。

与之前三合一的优化不同，由于ret需要拷贝赋值，所以最后是一定需要一个对象给目标对象赋值的，无法优化到只创建一个对象，为了优化，编译器这里会先创建临时对象，然后函数内str是临时对象的引用，最后得到结果再由临时对象拷贝赋值给目标对象。

总的来说上述方案二的编译器优化非常强大，基本上可以算最优方案了，但是问题在于这个行为本身并不是C++的官方标准，导致每个编译器的具体优化不可控，所以这个方案还是存在问题。

c.解决方案三：新标准新语法处理（右值引用和移动语义）

namespace bit
{string addStrings(string num1, string num2){string str;int end1 = num1.size() - 1, end2 = num2.size() - 1;int next = 0;while (end1 >= 0 || end2 >= 0){int val1 = end1 >= 0 ? num1[end1--] - '0' : 0;int val2 = end2 >= 0 ? num2[end2--] - '0' : 0;int ret = val1 + val2 + next;next = ret / 10;ret = ret % 10;str += ('0' + ret);}if (next == 1)str += '1';reverse(str.begin(), str.end());cout << "******************************" << endl;return str;}
}
// 场景1
int main()
{bit::string ret = bit::addStrings("11111", "2222");cout << ret.c_str() << endl;return 0;
}
// 场景2
int main()
{bit::string ret;ret = bit::addStrings("11111", "2222");cout << ret.c_str() << endl;return 0;
}

因为上文我们了解到移动语义的本质是窃取临时资源的空间，底层只需要交换指针，开销非常小

整个过程如下图，虽然还是三个步骤，但是与拷贝语义已经完全不同了，整个过程只需要交换两次指针，不需要挨个拷贝每个资源，效率提升非常大，并且移动语义是C++的标准，可以确保每一个支持C++11的编译器都可以做到这一点。

同时在移动语义的基础上编译器依然可以优化。

右值对象构造，有拷贝构造，也有移动构造的场景

• 图4展示了vs2019 debug环境下编译器对拷贝的优化，左边为不优化的情况下，两次移动构造，右边为编译器优化的场景下连续步骤中的拷贝合二为一变为一次移动构造。

• 需要注意的是在vs2019的release和vs2022的debug和release，下面代码优化为非常恐怖，会直接将str对象的构造，str拷贝构造临时对象，临时对象拷贝构造ret对象，合三为一，变为直接构造。要理解这个优化要结合局部对象生命周期和栈帧的角度理解，如图2所示。

• linux下可以将下面代码拷贝到test.cpp文件，编译时用 g++ test.cpp -fno-elideconstructors
的方式关闭构造优化，运行结果可以看到图1左边没有优化的两次移动。

右值对象赋值，既有拷贝构造和拷贝赋值，也有移动构造和移动赋值的场景

• 图5左边展示了vs2019 debug和g++ test.cpp -fno-elide-constructors 关闭优化环境
下编译器的处理，一次移动构造，一次移动赋值。

• 需要注意的是在vs2019的release和vs2022的debug和release，下面代码会进一步优化，直接构造要返回的临时对象，str本质是临时对象的引用，底层角度用指针实现。运行结果的角度，我们可以看到str的析构是在赋值以后，说明str就是临时对象的别名。

3.6.2 右值引用和移动语义在传参中的提效

• 查看STL文档我们发现C++11以后容器的push和insert系列的接口都增加了的右值引用版本

• 当实参是一个左值时，容器内部继续调用拷贝构造进行拷贝，将对象拷贝到容器空间中的对象；当实参是一个右值，容器内部则调用移动构造，右值对象的资源到容器空间的对象上。

我们把之前模拟实现的zlr::list拷贝过来，修改成支持右值引用参数版本的push_back和insert

其实这里还有一个emplace系列的接口，但是这个涉及可变参数模板，我们需要把可变参数模板讲解以后再讲解emplace系列的接口。

// void push_back (const value_type& val);
// void push_back (value_type&& val);
// iterator insert (const_iterator position, value_type&& val);
// iterator insert (const_iterator position, const value_type& val);
int main()
{std::list<bit::string> lt;bit::string s1("111111111111111111111");lt.push_back(s1);cout << "*************************" << endl;lt.push_back(bit::string("22222222222222222222222222222"));cout << "*************************" << endl;lt.push_back("3333333333333333333333333333");cout << "*************************" << endl;lt.push_back(move(s1));cout << "*************************" << endl;return 0;
}
运行结果：
string(char* str)
string(const string& s) --拷贝构造
* ************************
string(char* str)
string(string && s) --移动构造
~string() --析构
* ************************
string(char* str)
string(string && s) --移动构造
~string() --析构
* ************************
string(string && s) --移动构造
* ************************
~string() --析构
~string() --析构
~string() --析构
~string() --析构
~string() --析构
// List.h
// 以下代码为了控制篇幅，把跟这里无关的接口都删除了
namespace zlr
{template<class T>struct ListNode{ListNode<T>* _next;ListNode<T>* _prev;T _data;ListNode(const T& data = T()):_next(nullptr), _prev(nullptr), _data(data){}ListNode(T&& data):_next(nullptr), _prev(nullptr), _data(move(data)){}};template<class T, class Ref, class Ptr>struct ListIterator{typedef ListNode<T> Node;typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;Node* _node;ListIterator(Node* node):_node(node){}Self& operator++(){_node = _node->_next;return *this;}Ref operator*(){return _node->_data;}bool operator!=(const Self& it){return _node != it._node;}};template<class T>class list{typedef ListNode<T> Node;public:typedef ListIterator<T, T&, T*> iterator;typedef ListIterator<T, const T&, const T*> const_iterator;iterator begin(){return iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}void empty_init(){_head = new Node();_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}list(){empty_init();}void push_back(const T& x){insert(end(), x);}void push_back(T&& x){insert(end(), move(x));}iterator insert(iterator pos, const T& x){Node* cur = pos._node;Node* newnode = new Node(x);Node* prev = cur->_prev;// prev newnode curprev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;return iterator(newnode);}iterator insert(iterator pos, T && x){Node* cur = pos._node;Node* newnode = new Node(move(x));Node* prev = cur->_prev;// prev newnode curprev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;return iterator(newnode);}private:Node* _head;};
}
// Test.cpp
#include"List.h"
int main()
{zlr::list<zlr::string> lt;cout << "*************************" << endl;zlr::string s1("111111111111111111111");lt.push_back(s1);cout << "*************************" << endl;lt.push_back(bit::string("22222222222222222222222222222"));cout << "*************************" << endl;lt.push_back("3333333333333333333333333333");cout << "*************************" << endl;lt.push_back(move(s1));cout << "*************************" << endl;return 0;
}

3.7 类型分类

• C++11以后，进一步对类型进行了划分，右值被划分纯右值(pure value，简称prvalue)和将亡值(expiring value，简称xvalue)。

• 纯右值是指那些字面值常量或求值结果相当于字面值或是一个不具名的临时对象。如： 42、true、nullptr 或者类似str.substr(1, 2)、str1 + str2 传值返回函数调用，或者整
形a、b，a++，a+b 等。纯右值和将亡值C++11中提出的，C++11中的纯右值概念划分等价于C++98中的右值。

• 将亡值是指返回右值引用的函数的调用表达式和转换为右值引用的转换函数的调用表达，如move(x)、static_cast<X&&>(x)（这个是C++11中新增的强制类型转换的函数）

• 泛左值(generalized value，简称glvalue)，泛左值包含将亡值和左值。

• 值类别 - cppreference.com和 Value categories这两个关于值类型的中文和英文的官方文档，有兴趣可以了解细节。

3.8 引用折叠

C++中不能直接定义引用的引用如int& && r = i; ，这样写会直接报错，但是通过模板或 typedef中的类型操作可以构成引用的引用。

• 通过模板或 typedef 中的类型操作可以构成引用的引用时，C++11给出了一个引用折叠的规则：右值引用的右值引用折叠成右值引用，所有其他组合均折叠成左值引用。即只有两个右值引用折叠在一起才一起才是右值引用，其他折叠后都是左值引用。

注：在这个过程当中const修饰依然无法修改。

下面的程序中很好的展示了模板和typedef时构成引用的引用时的引用折叠规则，大家需要一个一个仔细理解一下。

像f2这样的函数模板中，T&& x参数看起来是右值引用参数，但是由于引用折叠的规则，他传递左值时就是左值引用，传递右值时就是右值引用，有些地方也把这种函数模板的参数叫做万能引用。

Function(T&& t)函数模板程序中，假设实参是int右值，模板参数T的推导int，实参是int左值，模板参数T的推导int&，再结合引用折叠规则，就实现了实参是左值，实例化出左值引用版本形参的Function，实参是右值，实例化出右值引用版本形参的Function。

// 由于引用折叠限定，f1实例化以后总是一个左值引用
template<class T>
void f1(T& x)
{
}// 由于引用折叠限定，f2实例化后可以是左值引用，也可以是右值引用
template<class T>
void f2(T&& x)
{
}int main()
{typedef int& lref;typedef int&& rref;int n = 0;//折叠结果演示lref& r1 = n; // r1 的类型是 int&lref&& r2 = n; // r2 的类型是 int&rref& r3 = n; // r3 的类型是 int&rref&& r4 = 1; // r4 的类型是 int&&// 没有折叠->实例化为void f1(int& x)f1<int>(n);f1<int>(0); // 报错// 折叠->实例化为void f1(int& x)f1<int&>(n);f1<int&>(0); // 报错，int&& & 折叠为左值引用，无法引用右值// 折叠->实例化为void f1(int& x)f1<int&&>(n);f1<int&&>(0); // 报错// 折叠->实例化为void f1(const int& x)f1<const int&>(n);f1<const int&>(0);// 折叠->实例化为void f1(const int& x)f1<const int&&>(n);f1<const int&&>(0);// 没有折叠->实例化为void f2(int&& x)f2<int>(n); // 报错f2<int>(0);// 折叠->实例化为void f2(int& x)f2<int&>(n);f2<int&>(0); // 报错// 折叠->实例化为void f2(int&& x)f2<int&&>(n); // 报错f2<int&&>(0);return 0;
}

template<class T>
void Function(T&& t)
{int a = 0;T x = a;//x++;cout << &a << endl;cout << &x << endl << endl;
}
int main()
{// 10是右值，推导出T为int，模板实例化为void Function(int&& t)Function(10); // 右值int a;// a是左值，推导出T为int&，引用折叠，模板实例化为void Function(int& t)Function(a); // 左值// std::move(a)是右值，推导出T为int，模板实例化为void Function(int&& t)Function(std::move(a)); // 右值const int b = 8;// a是左值，推导出T为const int&，引用折叠，模板实例化为void Function(const int&//t)// 所以Function内部会编译报错，x不能++Function(b); // const 左值// std::move(b)右值，推导出T为const int，模板实例化为void Function(const int&&//t)// 所以Function内部会编译报错，x不能++Function(std::move(b)); // const 右值return 0;
}

3.9 完美转发

• Function(T&& t)函数模板程序中，传左值实例化以后是左值引用的Function函数，传右值实例化以后是右值引用的Function函数。但是结合我们在上文的讲解，变量表达式都是左值属性，也就意味着一个右值被右值引用绑定后，右值引用变量表达式的属性是左值，也就是说Function函数中t的属性是右值，那么我们把t传递给下一层函数Fun，那么匹配的是左值引用版本的Fun函数，我们发现传递的参数的性质发生了变化。这里我们想要保持t对象的属性，就需要使用完美转发实现。

• 完美转发forward本质是一个函数模板，他主要还是通过引用折叠的方式实现。

下面示例中传递给Function的实参是右值，T被推导为int，没有折叠，forward内部t被强转为右值引用返回；传递给Function的实参是左值，T被推导为int&，引用折叠为左值引用，forward内部t被强转为左值引用返回。

template <class _Ty>
_Ty&& forward(remove_reference_t<_Ty>& _Arg) noexcept
{ // forward an lvalue as either an lvalue or an rvaluereturn static_cast<_Ty&&>(_Arg);
}void Fun(int& x) { cout << "左值引用" << endl; }
void Fun(const int& x) { cout << "const 左值引用" << endl; }
void Fun(int&& x) { cout << "右值引用" << endl; }
void Fun(const int&& x) { cout << "const 右值引用" << endl; }template<class T>
void Function(T&& t)
{//Fun(t);Fun(forward<T>(t));
}int main()
{// 10是右值，推导出T为int，模板实例化为void Function(int&& t)Function(10); // 右值int a;// a是左值，推导出T为int&，引用折叠，模板实例化为void Function(int& t)Function(a); // 左值// std::move(a)是右值，推导出T为int，模板实例化为void Function(int&& t)Function(std::move(a)); // 右值const int b = 8;// a是左值，推导出T为const int&，引用折叠，模板实例化为void Function(const int&//t)Function(b); // const 左值// std::move(b)右值，推导出T为const int，模板实例化为void Function(const int&&t)Function(std::move(b)); // const 右值return 0;
}

以我们之前实现的list为例，在实现push_back和insert，出于移动语义的考量，我们需要各实现参数为左值、右值的版本来使左值采用拷贝语义，右值采用移动语义来使得效率最大化；而在学习了万能引用之后，我们又可以将两份版本合为一份代码，减少冗余，但是这里还存在一个问题：由于右值引用表达式是左值，数据往下传递属性发生变化，那么即使是右值最终适配出来的也是左值版本的拷贝构造/赋值，无法使用移动语义。

因此数据传递过程中我们必须使用完美转发来保证数据的性质不发生变化。

template<class T>
struct list_node
{T _data;list_node<T>* _next;list_node<T>* _prev;//针对左值、右值，我们要分别实现对应构造//左值构造采用拷贝语义,右值构造采用移动语义/*list_node(const T& data = T()):_data(data),_next(nullptr),_prev(nullptr){}list_node(T&& data):_data(forward<T>(data)), _next(nullptr), _prev(nullptr){}*/list_node() = default;//学习万能引用之后，我们可以减少冗余代码//左值、右值自动适配template<class X>list_node(X&& data):_data(forward<X>(data))//往下传递，属性会变化,导致右值对象无法使用移动语义，效率下降, _next(nullptr)        //需要完美转发保持属性不变, _prev(nullptr){}
};template<class T>
class list
{typedef list_node<T> Node;
public:/*typedef list_iterator<T> iterator;typedef list_const_iterator<T> const_iterator;*/typedef list_iterator<T, T&, T*> iterator;typedef list_iterator<T, const T&, const T*> const_iterator;//typedef ReverseIterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;//typedef ReverseIterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;//针对左值实现版本/*void push_back(const T& x){insert(end(), x);}//针对右值实现版本void push_back(T&& x){insert(end(), forward<T>(x));}*/// 万能引用，左值、右值自动适配template<class X>void push_back(X&& x){//完美转发保持属性不变insert(end(), forward<X>(x));}//针对左值版本//iterator insert(iterator pos, const T& x)//{//	Node* cur = pos._node;//	Node* prev = cur->_prev;//	Node* newnode = new Node(x);//	// prev newnode cur//	newnode->_next = cur;//	cur->_prev = newnode;//	newnode->_prev = prev;//	prev->_next = newnode;//	++_size;//	return newnode;//}//针对右值版本//iterator insert(iterator pos, T&& x)//{//	Node* cur = pos._node;//	Node* prev = cur->_prev;//	Node* newnode = new Node(forward<T>(x));//	// prev newnode cur//	newnode->_next = cur;//	cur->_prev = newnode;//	newnode->_prev = prev;//	prev->_next = newnode;//	++_size;//	return newnode;//}//万能引用版本template<class X>iterator insert(iterator pos, X&& x){Node* cur = pos._node;Node* prev = cur->_prev;//完美转发保持属性不变Node* newnode = new Node(forward<X>(x));// prev newnode curnewnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;newnode->_prev = prev;prev->_next = newnode;++_size;return newnode;}private:Node* _head;size_t _size;
};

4. 可变参数模板

4.1 基本语法及原理

• C++11支持可变参数模板，也就是说支持参数数量可变的函数模板和类模板，可变数目的参数被称为参数包，参数报分为两种：模板参数包，表示零或多个模板参数；函数参数包：表示零或多个函数参数。

• template <class ...Args> void Func(Args... args) {}
• template <class ...Args> void Func(Args&... args) {}
• template <class ...Args> void Func(Args&&... args) {}

• 我们用省略号来指出一个模板参数或函数参数的表示一个包，在模板参数列表中，class...或typename...指出接下来的参数表示零或多个类型列表；在函数参数列表中，类型名后面跟...指出接下来表示零或多个形参对象列表,（这里的Args代表参数的意思，只是命名，也可以换成其他的名称）；函数参数包可以用左值引用或右值引用表示，跟前面普通模板一样，每个参数实例化时遵循引用折叠规则。

• 这里我们可以使用sizeof...运算符去计算参数包中参数的个数。

• 可变参数模板的原理跟模板类似，本质还是去实例化对应类型和个数的多个函数。

可变参数模版会先根据参数包解析的参数，先生成对应的确定参数个数的模版，再根据参数和模版生成实例化后有具体类型的类/函数,所以通俗的来说，可变参数模版是模版的模版。

template <class ...Args>
void Print(Args&&... args)
{cout << sizeof...(args) << endl;//sizeof...可以计算参数包内参数个数
}int main()
{double x = 2.2;Print(); // 包里有0个参数Print(1); // 包里有1个参数Print(1, string("xxxxx")); // 包里有2个参数Print(1.1, string("xxxxx"), x); // 包里有3个参数return 0;
}// 原理1：编译本质这里会结合引用折叠规则实例化出以下四个函数
void Print();
void Print(int&& arg1);
void Print(int&& arg1, string&& arg2);
void Print(double&& arg1, string&& arg2, double& arg3);// 原理2：更本质去看没有可变参数模板，我们实现出这样的多个函数模板才能支持
// 这里的功能，有了可变参数模板，我们进一步被解放，他是类型泛化基础
// 上叠加数量变化，让我们泛型编程更灵活。
void Print();
template <class T1>
void Print(T1&& arg1);
template <class T1, class T2>
void Print(T1&& arg1, T2&& arg2);
template <class T1, class T2, class T3>
void Print(T1&& arg1, T2&& arg2, T3&& arg3);
// ...

总的来说，一个函数模版可以实例出多个不同类型参数的函数；而一个可变参数模版函数实例化出多个不同参数个数的模版函数。

4.2 包扩展

• 对于一个参数包，我们除了能计算他的参数个数，我们能做的唯一的事情就是扩展它，即将参数包中的每个参数提取出来，当扩展一个包时，我们还要提供用于每个扩展元素的模式，扩展一个包就是将它分解为构成的元素，对每个元素应用模式，获得扩展后的列表。

我们通过在模式的右边放一个省略号(...)来触发扩展操作。

底层的实现细节如图1所示。

//参数包中参数个数为0的匹配情况
void ShowList()
{// 编译器时递归的终止条件，参数包是0个时，直接匹配这个函数cout << endl;
}//参数包中参数个数不为0的匹配情况
//T匹配的是第一个参数，args则代表剩下N-1参数组成的包
template <class T, class ...Args>
void ShowList(T x, Args... args)
{cout << x << " ";// args是N个参数的参数包// 调用ShowList，参数包的第一个传给x，剩下N-1传给第二个参数包ShowList(args...);
}// 编译时递归推导解析参数
template <class ...Args>
void Print(Args... args)
{ShowList(args...);//传递参数包，...触发包拓展
}int main()
{Print();Print(1);Print(1, string("xxxxx"));Print(1, string("xxxxx"), 2.2);return 0;
}//template <class T, class ...Args>
//void ShowList(T x, Args... args)
//{
// cout << x << " ";
// Print(args...);
//}
// Print(1, string("xxxxx"), 2.2);调用时
// 本质编译器将可变参数模板通过模式的包扩展，编译器推导的以下三个重载函数函数
//void ShowList(double x)
//{
// cout << x << " ";
// ShowList();
//}
//
//void ShowList(string x, double z)
//{
// cout << x << " ";
// ShowList(z);
//}
//
//void ShowList(int x, string y, double z)
//{
// cout << x << " ";
// ShowList(y, z);
//}
//
//void Print(int x, string y, double z)
//{
// ShowList(x, y, z);
//}

通过上图一我们发现，上面这种拓展方式，Print根据参数包个数生成对应个数的函数模版，然后根据ShowList应用模式,我们获取到一个参数，剩下的N-1个参数作为另一个参数包继续往下传递，重复上述过程，挨个取出每一个参数。这是一种递归式的模式。ShowList这样设计的好处是不管具体的参数是多少个，都可以通过这种参数包传递的方式按个取数。

需要注意的是上述的推导解析的过程都是发生在编译过程中的，如下段代码中sizeof...判断参数个数来结束递归是不行的，因为sizeof...发生在运行时，而上面递归逻辑发生在编译时，所以我们需要才需要单独写ShowList零参数版本作为结束出口。

template <class T, class ...Args>
void ShowList(T&& x, Args&&... args)
{// 运行时/*if (sizeof...(args) == 0)return;*/cout << x << " ";// args是N个参数的参数包// 调用ShowList，参数包的第一个传给x，剩下N-1传给第二个参数包ShowList(args...);
}

此外由于C++参数包底层经过考量，并未使用容器存储实现，下面这种遍历访问的方式并不支持。

// 可变模板参数
// 参数类型可变
// 参数个数可变
// 打印参数包内容
//template <class ...Args>
//void Print(Args... args)
//{
// // 可变参数模板编译时解析
//处于各种考量，C++的参数包底层并不是通过容器存储的的
//所以不支持这样下面这种拓展方式
// // 下面是运行获取和解析，报错
// cout << sizeof...(args) << endl;
// for (size_t i = 0; i < sizeof...(args); i++)
// {
// cout << args[i] << " ";
// }
// cout << endl;
//}

• C++还支持更复杂的包扩展，直接将参数包依次展开依次作为实参给一个函数去处理。

template <class T>
const T& GetArg(const T& x)//只能接受一个参数
{cout << x << " ";return x;
}template <class ...Args>
void Arguments(Args... args)
{
}template <class ...Args>
void Print(Args... args)
{// 注意GetArg必须返回或者到的对象，这样才能组成参数包给Arguments//GetArg每次只能接受一个参数，又使用...拓展，所以这里参数包有多少个参数//就会调用多少次GetArg从参数包中取出一个参数，再返回给ArgumentsArguments(GetArg(args)...);
}// 本质可以理解为编译器编译时，包的扩展模式
// 将上面的函数模板扩展实例化为下面的函数
//void Print(int x, string y, double z)
//{
// Arguments(GetArg(x), GetArg(y), GetArg(z));
//}int main()
{Print(1, string("xxxxx"), 2.2);return 0;
}

4.3 empalce系列接口

• C++11以后STL容器新增了empalce系列的接口，empalce系列的接口均为模板可变参数，功能上兼容push和insert系列，但是empalce还支持新玩法，假设容器为container<T>，empalce还支持直接插入构造T对象的参数，这样有些场景会更高效一些，可以直接在容器空间上构造T对象。

• emplace_back总体而言是更高效，推荐以后使用emplace系列替代insert和push系列

• 第二个程序中我们模拟实现了list的emplace和emplace_back接口，这里把参数包不断往下传递，最终在结点的构造中直接去匹配容器存储的数据类型T的构造，所以达到了前面说的empalce支持直接插入构造T对象的参数，这样有些场景会更高效一些，可以直接在容器空间上构造T对象。

• 传递参数包过程中，如果是Args&&... args 的参数包，要用完美转发参数包，方式如下std::forward<Args>(args)... ，否则编译时包扩展后右值引用变量表达式就变成了左值。


// List.h
namespace zlr
{template <class T>struct ListNode{ListNode<T> *_next;ListNode<T> *_prev;T _data;ListNode(T &&data): _next(nullptr), _prev(nullptr), _data(move(data)){}template <class... Args>ListNode(Args &&...args): _next(nullptr), _prev(nullptr), _data(std::forward<Args>(args)...){}// List.hnamespace zlr{template <class T>struct ListNode{ListNode<T> *_next;ListNode<T> *_prev;T _data;ListNode(T &&data): _next(nullptr), _prev(nullptr), _data(move(data)){}template <class... Args>ListNode(Args &&...args): _next(nullptr), _prev(nullptr), _data(std::forward<Args>(args)...){}};template <class T, class Ref, class Ptr>struct ListIterator{typedef ListNode<T> Node;typedef ListIterator<T, Ref, Ptr> Self;Node *_node;ListIterator(Node *node): _node(node){}// ++it;Self &operator++(){_node = _node->_next;return *this;}Self &operator--(){_node = _node->_prev;return *this;}Ref operator*(){return _node->_data;}bool operator!=(const Self &it){return _node != it._node;}};template <class T>class list{typedef ListNode<T> Node;public:typedef ListIterator<T, T &, T *> iterator;typedef ListIterator<T, const T &, const T *> const_iterator;iterator begin(){return iterator(_head->_next);}iterator end(){return iterator(_head);}void empty_init(){_head = new Node();_head->_next = _head;_head->_prev = _head;}list(){empty_init();}void push_back(const T &x){insert(end(), x);}void push_back(T &&x){insert(end(), move(x));}iterator insert(iterator pos, const T &x){Node *cur = pos._node;Node *newnode = new Node(x);Node *prev = cur->_prev;// prev newnode curprev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;return iterator(newnode);}iterator insert(iterator pos, T &&x){Node *cur = pos._node;Node *newnode = new Node(move(x));Node *prev = cur->_prev;// prev newnode curprev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;return iterator(newnode);}template <class... Args>void emplace_back(Args &&...args){insert(end(), std::forward<Args>(args)...);}// 原理：本质编译器根据可变参数模板生成对应参数的函数/*void emplace_back(string& s){insert(end(), std::forward<string>(s));}void emplace_back(string&& s){insert(end(), std::forward<string>(s));}void emplace_back(const char* s){insert(end(), std::forward<const char*>(s));}*/template <class... Args>iterator insert(iterator pos, Args &&...args){Node *cur = pos._node;Node *newnode = new Node(std::forward<Args>(args)...);Node *prev = cur->_prev;// prev newnode curprev->_next = newnode;newnode->_prev = prev;newnode->_next = cur;cur->_prev = newnode;return iterator(newnode);}private:Node *_head;};}// Test.cpp
#include "List.h"
int main()
{// emplace_back总体而言是更高效，推荐以后使用emplace系列替代insert和push系列list<zlr::string> lt;// 传左值，跟push_back一样，走拷贝构造zlr::string s1("111111111111");zlr::string s2("111111111111");lt.emplace_back(s1);cout << "*********************************" << endl;lt.push_back(s1);cout << "*********************************" << endl;// 右值，跟push_back一样，走移动构造lt.emplace_back(move(s1));cout << "*********************************" << endl;lt.push_back(move(s2));cout << "*********************************" << endl;// 直接传参，emplace_back是直接构造，push_back是隐式类型转换lt.emplace_back("111111111111");cout << "*********************************" << endl;lt.push_back("111111111111");cout << "*********************************" << endl;zlr::list<pair<zlr::string, int>> lt1;// 跟push_back一样// 构造pair + 拷贝/移动构造pair到list的节点中data上pair<zlr::string, int> kv("苹果", 1);lt1.emplace_back(kv);cout << "*********************************" << endl;// 跟push_back一样lt1.emplace_back(move(kv));cout << "*********************************" << endl;// 这里达到的效果是push_back做不到的//lt1.emplace_back({ "苹果", 1 }); // emplace_back不支持{}传值lt1.emplace_back("苹果", 1 ); // 直接根据值构造cout << "*********************************" << endl;lt1.push_back({ "苹果", 1 });//{ "苹果", 1 }隐式转换成pair,再给push_back构造cout << "*********************************" << endl;return 0;
}

在上述代码中，emplace通过参数包传递参数，如果传递string对象，emplace传递到最底层还是string构造，使用上与push系列一样。

但是当传递像"111111111111"，由于push参数类型T已经根据list<T>中T确定为string,所以push会先通过"111111111111"隐式类型转换成string,再通过string构造list<T>。而emplace是参数包传递，会将"111111111111"识别成const char*，传递到底层，由于是原生类型，可以直接构造（string支持const char*直接构造），这一步上效率就高于push。

list<pair<zlr::string, int>>,而像这样的类型同理，push系列参数类型已经确定，会先构造pair,再根据pair来构造目标对象，而emplace会将参数传到底层直接构造，效率同样高。（因为emplace是将参数传到底层，不会构造pair再传，所以emplace无法使用{}这种形式传值）。

5. 新的类功能

5.1 默认的移动构造和移动赋值

• 原来C++类中，有6个默认成员函数：构造函数/析构函数/拷贝构造函数/拷贝赋值重载/取地址重载/const 取地址重载，最后重要的是前4个，后两个用处不大，默认成员函数就是我们不写编译器会生成一个默认的。C++11 新增了两个默认成员函数，移动构造函数和移动赋值运算符重载。

• 如果你没有自己实现移动构造函数，且没有实现析构函数、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个。那么编译器会自动生成一个默认移动构造。默认生成的移动构造函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动构造，如果实现了就调用移动构造，没有实现就调用拷贝构造。

• 如果你没有自己实现移动赋值重载函数，且没有实现析构函数、拷贝构造、拷贝赋值重载中的任意一个，那么编译器会自动生成一个默认移动赋值。默认生成的移动构造函数，对于内置类型成员会执行逐成员按字节拷贝，自定义类型成员，则需要看这个成员是否实现移动赋值，如果实现了就调用移动赋值，没有实现就调用拷贝赋值。(默认移动赋值跟上面移动构造完全类似)

• 如果你提供了移动构造或者移动赋值，编译器不会自动提供拷贝构造和拷贝赋值。

//移动构造和移动赋值规则验证代码
class Person
{
public:Person(const char *name = "", int age = 0): _name(name), _age(age){}/*Person(const Person& p):_name(p._name),_age(p._age){}*//*Person& operator=(const Person& p){if(this != &p){_name = p._name;_age = p._age;}return *this;}*//*~Person(){}*/private:bit::string _name;int _age;
};int main()
{Person s1;Person s2 = s1;Person s3 = std::move(s1);Person s4;s4 = std::move(s2);return 0;
}

5.2 成员变量声明时给缺省值

成员变量声明时给缺省值是给初始化列表用的，如果没有显示在初始化列表初始化，就会在初始化列表用这个值去初始化，这个我们在类和对象部分讲过了，这里不再赘述。

5.3 defult和delete

• C++11可以让你更好的控制要使用的默认函数。假设你要使用某个默认的函数，但是因为一些原因这个函数没有默认生成。比如：我们提供了拷贝构造，就不会生成移动构造了，那么我们可以使用default关键字显示指定移动构造生成。

• 如果能想要限制某些默认函数的生成，在C++98中，是该函数设置成private，并且只声明不实现，这样只要其他人想要调用就会报错，并且也无法在外部实现函数。

在C++11中更简单，只需在该函数声明加上=delete即可，该语法指示编译器不生成对应函数的默认版本，称=delete修饰的函数为删除函数。

class Person
{
public:Person(const char *name = "", int age = 0): _name(name), _age(age){}Person(const Person &p): _name(p._name), _age(p._age){}Person(Person &&p) = default;// Person(const Person& p) = delete;
private:bit::string _name;int _age;
};
int main()
{Person s1;Person s2 = s1;Person s3 = std::move(s1);return 0;
}

5.4 final与override

这个我们在继承和多态章节已经进行了详细讲过了，这里就不再赘述了。

6. STL中一些变化

• 下图1圈起来的就是STL中的新容器，但是实际最有用的是unordered_map和unordered_set。这两个我们前面相关文章已经进行了非常详细的讲解，其他的大家了解一下即可。

• STL中容器的新接口也不少，最重要的就是右值引用和移动语义相关的ush/insert/emplace系列接口和移动构造和移动赋值，还有initializer_list版本的构造等，这些前面都讲过了，还有一些无关痛痒的如cbegin/cend等需要时查查文档即可。

• 容器的范围for遍历，这个在容器部分也讲过了。

7. lambda

7.1 lambda表达式语法

• lambda 表达式本质是一个匿名函数对象（底层是存在函数名的，是通过UUID生成的，不过语法层无法拿到），跟普通函数不同的是他可以定义在函数内部。lambda 表达式语法使用层而言没有类型（底层是存在的，但是我们无法在语法层无法拿到），所以我们一般是用auto或者模板参数定义的对象去接收lambda 对象。

• lambda表达式的格式： [capture-list] (parameters)-> return type {function boby }

• [capture-list] : 捕捉列表，该列表总是出现在lambda 函数的开始位置，编译器根据[]来
判断接下来的代码是否为lambda 函数，捕捉列表能够捕捉上下文中的变量供lambda 函数使
用，捕捉列表可以传值和传引用捕捉，具体细节7.2中我们再细讲。捕捉列表为空也不能省略。

• (parameters) ：参数列表，与普通函数的参数列表功能类似，如果不需要参数传递，则可以连同()一起省略

• ->return type ：返回值类型，用追踪返回类型形式声明函数的返回值类型，没有返回值时此
部分可省略。一般返回值类型明确情况下，也可省略，由编译器对返回类型进行推导。

• {function boby} ：函数体，函数体内的实现跟普通函数完全类似，在该函数体内，除了可以
使用其参数外，还可以使用所有捕获到的变量，函数体为空也不能省略。

int main()
{// 一个简单的lambda表达式//lamba表达式可以单行完成auto add1 = [](int x, int y) -> int{ return x + y; };cout << add1(1, 2) << endl;// 1、捕捉为空也不能省略// 2、参数为空可以省略// 3、返回值可以省略，可以通过返回对象自动推导// 4、函数题不能省略//lamba表达式也可以向一般函数一样多行写//但是本质上lamba还是单行定义的，内部无法进行递归auto func1 = []{cout << "hello bit" << endl;return 0;};func1();int a = 0, b = 1;auto swap1 = [](int &x, int &y){int tmp = x;x = y;y = tmp;};swap1(a, b);cout << a << ":" << b << endl;return 0;
}

7.2 捕捉列表

• lambda 表达式中默认只能用 lambda 函数体和参数中的变量，如果想用外层作用域中的变量就需要进行捕捉

• 第一种捕捉方式是在捕捉列表中显示的传值捕捉和传引用捕捉，捕捉的多个变量用逗号分割。[x，y， &z] 表示x和y值捕捉，z引用捕捉。

• 第二种捕捉方式是在捕捉列表中隐式捕捉，我们在捕捉列表写一个=表示隐式值捕捉，在捕捉列表写一个&表示隐式引用捕捉，这样我们lambda 表达式中用了那些变量，编译器就会自动捕捉那些变量。

• 第三种捕捉方式是在捕捉列表中混合使用隐式捕捉和显示捕捉。[=, &x]表示其他变量隐式值捕捉，x引用捕捉；[&, x, y]表示其他变量引用捕捉，x和y值捕捉。当使用混合捕捉时，第一个元素必须是&或=，并且&混合捕捉时，后面的捕捉变量必须是值捕捉，同理=混合捕捉时，后面的捕捉变量必须是引用捕捉。

• lambda 表达式如果在函数局部域中，他可以捕捉lambda 位置之前定义的变量，不能捕捉静态局部变量和全局变量，静态局部变量和全局变量也不需要捕捉， lambda 表达式中可以直接使用。这也意味着lambda 表达式如果定义在全局位置，捕捉列表必须为空。

• 默认情况下， lambda 捕捉列表是被const修饰的，也就是说传值捕捉的过来的对象不能修改，mutable加在参数列表的后面可以取消其常量性，也就说使用该修饰符后，传值捕捉的对象就可以修改了，但是修改还是形参对象，不会影响实参。使用该修饰符后，参数列表不可省略(即使参数为空)。

int x = 0;
// 捕捉列表必须为空，因为全局变量不用捕捉就可以用，没有可被捕捉的变量
auto func1 = []()
{x++;
};
int main()
{// 只能用当前lambda局部域和捕捉的对象和全局对象int a = 0, b = 1, c = 2, d = 3;auto func1 = [a, &b]{// 值捕捉的变量不能修改，引用捕捉的变量可以修改// a++;b++;int ret = a + b;return ret;};cout << func1() << endl;// 隐式值捕捉// 用了哪些变量就捕捉哪些变量auto func2 = [=]{int ret = a + b + c;return ret;};cout << func2() << endl;// 隐式引用捕捉// 用了哪些变量就捕捉哪些变量auto func3 = [&]{a++;c++;d++;};func3();cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;// 混合捕捉1auto func4 = [&, a, b]{// a++;// b++;c++;d++;return a + b + c + d;};func4();cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;// 混合捕捉1auto func5 = [=, &a, &b]{a++;b++;/*c++;d++;*/return a + b + c + d;};func5();cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;// 局部的静态和全局变量不能捕捉，也不需要捕捉static int m = 0;auto func6 = []{int ret = x + m;return ret;};// 传值捕捉本质是一种拷贝,并且被const修饰了// mutable相当于去掉const属性，可以修改了// 但是修改了不会影响外面被捕捉的值，因为是一种拷贝auto func7 = [=]() mutable{a++;b++;c++;d++;return a + b + c + d;};cout << func7() << endl;cout << a << " " << b << " " << c << " " << d << endl;return 0;
}

7.3 lambda的应用

• 在学习lambda 表达式之前，我们的使用的可调用对象只有函数指针和仿函数对象，函数指针的类型定义起来比较麻烦，仿函数要定义一个类，相对会比较麻烦。使用 lambda 去定义可调用对象，既简单又方便。总的来说lamba相对轻量，仿函数相对重量一点。

• lambda 在很多其他地方用起来也很好用。比如线程中定义线程的执行函数逻辑，根据请求调用任务处理；智能指针中定制删除器等， lambda 的应用还是很广泛的，以后我们会不断接触到。

struct Goods
{string _name;  // 名字double _price; // 价格int _evaluate; // 评价// ...Goods(const char* str, double price, int evaluate): _name(str), _price(price), _evaluate(evaluate){}
};
struct ComparePriceLess
{bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr){return gl._price < gr._price;}
};struct ComparePriceGreater
{bool operator()(const Goods& gl, const Goods& gr) { return gl._price > gr._price; }
};int main()
{vector<Goods> v = { {"苹果", 2.1, 5}, {"香蕉", 3, 4}, {"橙子", 2.2, 3}, {"菠萝", 1.5, 4} };// 类似这样的场景，我们实现仿函数对象或者函数指针支持商品中// 不同项的比较，相对还是比较麻烦的，那么这里lambda就很好用了sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceLess());sort(v.begin(), v.end(), ComparePriceGreater());sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){ return g1._price < g2._price; });sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){ return g1._price > g2._price; });sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){ return g1._evaluate < g2._evaluate; });sort(v.begin(), v.end(), [](const Goods& g1, const Goods& g2){ return g1._evaluate > g2._evaluate; });return 0;
}

7.4 lambda的原理

• lambda 的原理和范围for很像，编译后从汇编指令层的角度看，压根就没有lambda 和范围for这样的东西。范围for底层是迭代器，而lambda底层是仿函数对象，也就说我们写了一个
lambda 以后，编译器会生成一个对应的仿函数的类。

• 仿函数的类名是编译按一定规则生成的，保证不同的lambda 生成的类名不同，lambda参数/返回类型/函数体就是仿函数operator()的参数/返回类型/函数体， lambda 的捕捉列表本质是生成的仿函数类的成员变量，也就是说捕捉列表的变量都是lambda 类构造函数的实参，当然隐式捕捉，编译器要看使用哪些就传那些对象。

• 上面的原理，我们可以透过汇编层了解一下，下面第二段汇编层代码印证了上面的原理。

class Rate
{
public:Rate(double rate): _rate(rate){}double operator()(double money, int year){return money * _rate * year;}private:double _rate;
};
int main()
{double rate = 0.49;// lambdaauto r2 = [rate](double money, int year){return money * rate * year;};// 函数对象Rate r1(rate);r1(10000, 2);r2(10000, 2);auto func1 = []{cout << "hello world" << endl;};func1();return 0;
}
// lambda
auto r2 = [rate](double money, int year)
{return money * rate * year;
};
// 捕捉列表的rate，可以看到作为lambda_1类构造函数的参数传递了，这样要拿去初始化成员变量
// 下面operator()中才能使用
00D8295C lea eax, [rate] 00D8295F push eax 00D82960 lea ecx, [r2] 00D82963 call `main '::`2' ::<lambda_1>::<lambda_1>(0D81F80h)// 函数对象Rate r1(rate);
00D82968 sub esp, 8 00D8296B movsd xmm0, mmword ptr[rate] 00D82970 movsd mmword ptr[esp], xmm0 00D82975 lea ecx, [r1] 00D82978 call Rate::Rate(0D81438h) r1(10000, 2);
00D8297D push 2 00D8297F sub esp, 8 00D82982 movsd xmm0, mmword ptr[__real @40c3880000000000(0D89B50h)] 00D8298A movsd mmword ptr[esp], xmm0 00D8298F lea ecx, [r1] 00D82992 call Rate::operator()(0D81212h)// 汇编层可以看到r2 lambda对象调用本质还是调用operator()，类型是lambda_1,这个类型名// 的规则是编译器自己定制的，保证不同的lambda不冲突r2(10000, 2);
00D82999 push 2 00D8299B sub esp, 8 00D8299E movsd xmm0, mmword ptr[__real @40c3880000000000(0D89B50h)] 00D829A6 movsd mmword ptr[esp], xmm0 00D829AB lea ecx, [r2] 00D829AE call `main '::`2' ::<lambda_1>::operator()(0D824C0h)

8. 包装器

8.1 function

template <class T>
class function; // undefined
template <class Ret, class... Args>
class function<Ret(Args...)>;

• std::function 是一个类模板，也是一个包装器。std::function 的实例对象可以包装存储其他的可以调用对象，包括函数指针、仿函数、lambda 、bind 表达式等，存储的可调用对象被称为 std::function 的目标。若 std::function 不含目标，则称它为空。调用空std::function 的目标导致抛出 std::bad_function_call 异常。

• class function<Ret(Args...)>中，Ret代表被包装对象的返回值，Args...代表被包装对象的参数，可以使0个或者多个，使用function包装，被包装对象的返回值、参数等需要与 function<Ret(Args...)>一一对应。

• 以上是function 的原型，他被定义<functional>头文件中。std::function - cppreference.com
是function的官方文件链接。

• 函数指针、仿函数、lambda 等可调用对象的类型各不相同， std::function 的优势就是统
一类型，对他们都可以进行包装，这样在很多地方就方便声明可调用对象的类型，下面的第二个代码样例展示了std::function 作为map的参数，实现字符串和可调用对象的映射表功能。

#include <functional>
int f(int a, int b)
{return a + b;
}struct Functor
{
public:int operator()(int a, int b){return a + b;}
};class Plus
{
public:Plus(int n = 10): _n(n){}static int plusi(int a, int b){return a + b;}double plusd(double a, double b){return (a + b) * _n;}private:int _n;
};int main()
{// 包装各种可调用对象function<int(int, int)> f1 = f;//参数、返回值与f一一对应function<int(int, int)> f2 = Functor();//参数、返回值与Functor对应//即使lamba没有显式的返回值，但是编译器会自动推导类型，因此包装器使用也需要注明//返回值function<int(int, int)> f3 = [](int a, int b)//参数、返回值与lambda一一对应{ return a + b; };cout << f1(1, 1) << endl;cout << f2(1, 1) << endl;cout << f3(1, 1) << endl;// 包装静态成员函数// 成员函数要指定类域并且前面加&才能获取地址function<int(int, int)> f4 = &Plus::plusi;cout << f4(1, 1) << endl;// 包装普通成员函数// 普通成员函数还有一个隐含的this指针参数，所以需要绑定时传对象或者对象的指针//function底层其实也是通过.*调用成员函数，所以这里绑定时传对象或者对象的指针//都可以function<double(Plus *, double, double)> f5 = &Plus::plusd;Plus pd;cout << f5(&pd, 1.1, 1.1) << endl;function<double(Plus, double, double)> f6 = &Plus::plusd;cout << f6(pd, 1.1, 1.1) << endl;cout << f6(pd, 1.1, 1.1) << endl;function<double(Plus &&, double, double)> f7 = &Plus::plusd;cout << f7(move(pd), 1.1, 1.1) << endl;cout << f7(Plus(), 1.1, 1.1) << endl;return 0;
}

150. 逆波兰表达式求值 - 力扣（LeetCode）

以这一题，function的好处是将复杂的对象（函数、仿函数、lambda等）包装成统一类型的可调用对象，方便我们将其与具体的字符/指令等绑定起来，我们可以通过对应符号直接执行对应的函数，完成对应的功能。诸如网络中，我们就会将相关的处理函数包装起来，与对应的请求绑定。

// 传统方式的实现
class Solution
{
public:int evalRPN(vector<string> &tokens){stack<int> st;for (auto &str : tokens){if (str == "+" || str == "-" || str == "*" || str == "/"){int right = st.top();st.pop();int left = st.top();st.pop();switch (str[0]){case '+':st.push(left + right);break;case '-':st.push(left - right);break;case '*':st.push(left * right);break;case '/':st.push(left / right);break;}}else{st.push(stoi(str));}}return st.top();}
};
// 使用map映射string和function的方式实现
// 这种方式的最大优势之一是方便扩展，假设还有其他运算，我们增加map中的映射即可
class Solution
{
public:int evalRPN(vector<string> &tokens){stack<int> st;// function作为map的映射可调用对象的类型//我们可以直接根据字符调用对应功能//后续添加新字符也方便map<string, function<int(int, int)>> opFuncMap = {{"+", [](int x, int y){ return x + y; }},{"-", [](int x, int y){ return x - y; }},{"*", [](int x, int y){ return x * y; }},{"/", [](int x, int y){ return x / y; }}};for (auto &str : tokens){if (opFuncMap.count(str)) // 操作符{int right = st.top();st.pop();int left = st.top();st.pop();int ret = opFuncMap[str](left, right);st.push(ret);}else{st.push(stoi(str));}}return st.top();}
};

8.2 bind

simple(1) template <class Fn, class... Args>
/* unspecified */ bind(Fn &&fn, Args &&...args);
with return type(2) template <class Ret, class Fn, class... Args>
/* unspecified */ bind(Fn && fn, Args &&...args);

• bind 是一个函数模板，它也是一个可调用对象的包装器，可以把他看做一个函数适配器，对接收的fn可调用对象进行处理后返回一个可调用对象，这个的类型我们同样无法直接拿到。bind 可以用来调整参数个数和参数顺序。bind 也在<functional>这个头文件中。

• 调用bind的一般形式： auto newCallable = bind(callable,arg_list); 其中newCallable本身是一个可调用对象（仿函数对象），arg_list是一个逗号分隔的参数列表，对应给定的callable的参数。当我们调用newCallable时，newCallable会调用callable，并传给它arg_list中的参数。

• arg_list中的参数可能包含形如_n的名字，其中n是一个整数，这些参数是占位符，表示
newCallable的参数，它们占据了传递给newCallable的参数的位置。数值n表示生成的可调用对象中参数的位置：_1为newCallable的第一个参数，_2为第二个参数（注意_1、_2这里代表的第一、第二个参数是在已经绑定参数之外开始算起的），以此类推。_1/_2/_3....这些占位符放到placeholders的一个命名空间中。

#include <functional>
using placeholders::_1;
using placeholders::_2;
using placeholders::_3;int Sub(int a, int b)
{return (a - b) * 10;
}int SubX(int a, int b, int c)
{return (a - b - c) * 10;
}class Plus
{
public:static int plusi(int a, int b){return a + b;}double plusd(double a, double b){return a + b;}
};int main()
{auto sub1 = bind(Sub, _1, _2);cout << sub1(10, 5) << endl;// bind 本质返回的一个仿函数对象// 调整参数顺序（不常用）// _1代表第一个实参// _2代表第二个实参// ...auto sub2 = bind(Sub, _2, _1);cout << sub2(10, 5) << endl;// 调整参数个数 （常用）//因为100已经绑死了//传入的5会根据_1确定对应的位置auto sub3 = bind(Sub, 100, _1);cout << sub3(5) << endl;auto sub4 = bind(Sub, _1, 100);cout << sub4(5) << endl;// 分别绑死第123个参数auto sub5 = bind(SubX, 100, _1, _2);cout << sub5(5, 1) << endl;auto sub6 = bind(SubX, _1, 100, _2);cout << sub6(5, 1) << endl;auto sub7 = bind(SubX, _1, _2, 100);cout << sub7(5, 1) << endl;//成员函数因为有this指针，需要每次都穿指针// 成员函数对象进行绑死，就不需要每次都传递了，方便许多function<double(Plus &&, double, double)> f6 = &Plus::plusd;Plus pd;cout << f6(move(pd), 1.1, 1.1) << endl;cout << f6(Plus(), 1.1, 1.1) << endl;// bind一般用于，绑死一些固定参数//像银行一些套餐，具体利率多少较为固定//这里bind、function配套使用，就有了套餐的感觉function<double(double, double)> f7 = bind(&Plus::plusd, Plus(), _1, _2);cout << f7(1.1, 1.1) << endl;// 计算复利的lambdaauto func1 = [](double rate, double money, int year) -> double{double ret = money;for (int i = 0; i < year; i++){ret += ret * rate;}return ret - money;};// 绑死一些参数，实现出支持不同年华利率，不同金额和不同年份计算出复利的结算利息function<double(double)> func3_1_5 = bind(func1, 0.015, _1, 3);function<double(double)> func5_1_5 = bind(func1, 0.015, _1, 5);function<double(double)> func10_2_5 = bind(func1, 0.025, _1, 10);function<double(double)> func20_3_5 = bind(func1, 0.035, _1, 30);cout << func3_1_5(1000000) << endl;cout << func5_1_5(1000000) << endl;cout << func10_2_5(1000000) << endl;cout << func20_3_5(1000000) << endl;return 0;
}