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C++11特性详解（上）

news 2025/7/27 7:54:13

1.列表初始化

2.右值引⽤和移动语义

2.1 左值和右值

2.2 左值引⽤和右值引⽤

2.3 引⽤延⻓⽣命周期

2.4 左值和右值的参数匹配

2.5 右值引⽤和移动语义的使⽤场景

2.5.1 左值引⽤场景

2.5.2 移动构造和移动赋值

2.5.3 右值引⽤和移动语义解决传值返回效率问题

2.6 类型分类

2.7 引⽤折叠

3.8 完美转发forward

1.列表初始化

在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;
}

在C++11中，为了能够实现统一，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）对于内置类型⽀持{ }初始化，⾃定义类型也⽀持，{ }初始化的过程中，可以省略掉=

struct Point
{int _x;int _y;
};
class Date//日期类
{
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;
};
int main()
{// 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// 临时对象再去拷⻉构造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;//能够只给一个参数的原因是在构造时，三个参数都给了缺省值// 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，只有用{}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;
}

同样容器也可以使用列表初始化

int main()
{// {}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+临时对象拷⻉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的列表构造结合到⼀起⽤了map<string, string> dict = { {"sort", "排序"}, {"string", "字符串"} };//同样也⽀持列表赋值v1 = { 10,20,30,40,50 };return 0;
}

2.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之前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。

2.1 左值和右值

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，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。

也就是说左值和右值的核⼼区别就是能否取地址。

int main()
{// 左值：可以取地址
// 以下的p、b、c、*p、s、s[0]就是常⻅的左值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10、x + y、fmin(x, y)、string("11111")都是常⻅的右值10;//常量x + y; //表达式，返回的也是临时变量fmin(x, y);//返回的是临时变量string("11111");//字符串常量//cout << &10 << endl;//cout << &(x+y) << endl;//cout << &(fmin(x, y)) << endl;//cout << &string("11111") << endl;return 0;
}

2.2 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。

int main()
{// 左值：可以取地址
// 以下的p、b、c、*p、s、s[0]就是常⻅的左值int* p = new int(0);int b = 1;const int c = b;*p = 10;string s("111111");s[0] = 'x';// 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");return 0;
}

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)

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

int main()
{// 左值：可以取地址
// 以下的p、b、c、*p、s、s[0]就是常⻅的左值int* p = new int(0);int b = 1;const int c = b;*p = 10;string s("111111");s[0] = 'x';// 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);string&& rrx4 = move(s);string&& rrx5 = (string&&)s;return 0;
}

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。从汇编底层的⻆度看下⾯代码中r1和rr1汇编层实现，底层都是⽤指针实现的，没什么区别

int main()
{// 左值：可以取地址
// 以下的p、b、c、*p、s、s[0]就是常⻅的左值int* p = new int(0);int b = 1;const int c = b;*p = 10;string s("111111");s[0] = 'x';// 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&& rr1 = move(b);int*&& rr2 = move(p);int&& rr3 = move(*p);string&& rr4 = move(s);string&& rrx5 = (string&&)s;// b、rr1、rr2都是变量表达式，都是左值cout << &b << endl;cout << &rr1 << endl;cout << &rr2 << 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&& rrx6 = move(rr1);return 0;
}

2.3 引⽤延⻓⽣命周期

右值引⽤可⽤于为临时对象延⻓⽣命周期，const 的左值引⽤也能延⻓临时对象⽣存期，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; // OK：到 const 的左值引⽤延⻓⽣存期// r2 += "Test"; // 错误：不能通过到 const 的引⽤修改std::string&& r3 = s1 + s1;return 0;
}

当右值引用对一个局部函数中的成员变量引用的话，出了这个函数，同样会被销毁，不会延长⽣命周期，也就是说，对于右值引⽤⽤于为临时对象延⻓⽣命周期时，当前对象的⽣命周期就是此时函数域的周期

2.4 左值和右值的参数匹配

C++98中，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)。

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;
}

2.5 右值引⽤和移动语义的使⽤场景

2.5.1 左值引⽤场景

左值引用的优点

左值引⽤传参和左值引⽤传返回值时减少拷⻉，同时还可以修改实参和修改返回对象的价值

左值引用的缺陷

部分场景不能使⽤传左值引⽤返回，只能传值返回

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

	// 这⾥的传值返回拷⻉代价就太⼤了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;}

例如上述代码只能传值返回，但传值返回拷⻉代价很大，有没有方法增加效率

首先来看看C++98怎么解决

class Solution {
public:// 这⾥的传值返回拷⻉代价就太⼤了vector<vector<int>> generate(int numRows, vector<vector<int>>& vv) {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;}
};
int main()
{//c++98vector<vector<int>> ret;//被迫使⽤输出型参数解决Solution().generate(100, ret);return 0;
}

C++98中的解决⽅案只能是被迫使⽤输出型参数解决，同样这里不能使⽤右值引⽤做返回值解决，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，那如何用C++11解决？这时候就要利用移动构造和移动赋值

2.5.2 移动构造和移动赋值

移动构造函数是⼀种构造函数，类似拷⻉构造函数，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，他跟拷⻉赋值构成函数重载，类似拷⻉赋值函数，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。

来看看一下场景

	class string{public:string(const char* str = ""):_size(strlen(str)), _capacity(_size){cout << "string(char* str)-构造" << endl;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}string(const string& s):_str(nullptr){cout << "string(const string& s) -- 拷⻉构造" << 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) -- 拷⻉赋值" <<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;}private:char* _str = nullptr;size_t _size = 0;size_t _capacity = 0;
};

发现对于像string/vector这样的深拷⻉的类或者包含深拷⻉的成员变量的类，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，⽽不是像拷⻉构造和拷⻉赋值那样去拷⻉资源，从提⾼效率。

2.5.3 右值引⽤和移动语义解决传值返回效率问题

首先有这样的代码

namespace chuxin
{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,构造，拷贝
int main()
{chuxin::string ret = chuxin::addStrings("11111", "2222");cout << ret.c_str() << endl;return 0;
}
// 场景2,赋值
int main()
{chuxin::string ret;ret = chuxin::addStrings("11111", "2222");cout << ret.c_str() << endl;return 0;
}

右值对象构造，只有拷⻉构造，没有移动构造的场景

这里展⽰了vs2019 debug环境下编译器对拷⻉的优化，左边为不优化的情况下，两次拷⻉构造，右边为编译器优化的场景下连续步骤中的拷⻉合⼆为⼀变为⼀次拷⻉构造。

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拷⻉构造临时对象，临时对象拷⻉构造ret对象，合三为⼀，变为直接构造。

编译器不优化

vs2019 debug环境下

vs2019 release环境下

右值对象构造，有拷⻉构造，也有移动构造的场景

编译器不优化

vs2019 debug环境下

vs2019 release环境下

右值对象赋值，只有拷⻉构造和拷⻉赋值，没有移动构造和移动赋值的场景

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，底层⻆度⽤指针实现。

vs2019 debug环境下

vs2019 release环境下

右值对象赋值，既有拷⻉构造和拷⻉赋值，也有移动构造和移动赋值的场景

vs2019 debug环境下

vs2019 release环境下

在不知道编译器优化的情况下，利用移动构造和赋值，可以解决一些拷贝的问题，就可以提升效率

2.6 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)

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

有名字，就是glvalue；有名字，且不能被move，就是lvalue；有名字，且可以被move，就是xvalu；没有名字，且可以被移动，则是prvalue。

这些了解即可

2.7 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，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，这时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，如下述代码

int main()
{typedef int& lref;typedef int&& rref;int n = 0;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&&return 0;
}

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。

template<class T>
void f2(T&& x)
{}
int main()
{// 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;
}

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。

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;// b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;
}

3.8 完美转发forward

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。

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的属性是左值，那么我们把t传递给下⼀层函数Fun，那么匹配的都是左值引⽤版本的Fun函数。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，利用forward实现

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

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);不加forward//Fun(forward<T>(t));加forward
}
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;
}

不加forward