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《探索C++11：现代C++语法的性能革新（上篇）》

news 2025/9/3 11:05:16

前引：C++11标准标志着C++语言的一次划时代飞跃，它不仅填补了C++98/03的诸多空白，更引入了革命性特性，彻底重塑了现代软件开发的面貌。在性能与安全的双重驱动下，C++11通过智能指针（如std::unique_ptr和std::shared_ptr）终结了手动内存管理的风险，借助auto关键字和lambda表达式实现了类型推导与函数式编程的无缝融合，使C++在高性能计算和系统级开发中更具竞争力。本文将系统解析C++11的核心语法机制，揭示其如何从底层语法细节出发，引领开发者步入更安全、更高效的编程新时代！

【一】左值和右值

【一】何为左值与右值

【二】左值引用与右值引用相关特性

左值引用

右值引用

【三】右值引用的效率提升

（1）传值返回

（2）赋值运算符重载

（3）移动构造

【四】右值引用的隐藏精髓

（1）自动识别为左值

（2）forward完美转发

（3）万能引用

【二】decltype类型推导

【三】nullptr与null

【四】lambda智能排序

lambda的特殊操作

（1）只能调用静态、全局性的变量、函数

（2）引用方式捕捉

（3）引用捕获所有变量

（4）混合捕捉变量

【一】左值和右值

【一】何为左值与右值

左值：左值是一个表示数据的表达式(如变量名或解引用的指针)，我们可以获取它的地址+可以对它赋值，左值可以出现赋值符号的左边，右值不能出现在赋值符号左边。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（可取地址的变量就是左值）
// 以下的p、b、c、*p都是左值
int* p = new int(0);
int b = 1;
const int c = 2;

左值引用：左值引用就是给左值的引用，给左值取别名（用一个 & 符号）
// 以下几个是对上面左值的左值引用
int*& rp = p;
int& rb = b;
const int& rc = c;
int& pvalue = *p;

右值：右值也是一个表示数据的表达式，通常为纯右值和将亡值，如：字面常量、表达式返回值，函数返回值(这个不能是左值引用返回)等等，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（不能取地址的就是右值）
// 以下几个都是常见的右值
10;
x + y;
fmin(x, y);
注意：

（1）常量字符串“XXXXXXXXX”之所以为左值，是因为这个表达式返回的是首元素的地址

（2）（x+y）返回的是一个结果，所以为右值

右值引用：右值引用就是对右值的引用，给右值取别名（用两个 & 符号）
// 以下几个都是对右值的右值引用
int&& rr1 = 10;
double&& rr2 = x + y;
double&& rr3 = fmin(x, y);

【二】左值引用与右值引用相关特性

左值引用

（1）左值引用只能引用左值，不能引用右值

（2）const 左值引用可以引用/接收左值和右值，例如：
int a = 0;
int b = 0;//const左值引用左值
const int& c = a;
//const左值引用右值
const int& d = a + b;
void Func(const int& date)
{cout << "const左值引用" << endl;
}int main()
{int a = 0;int b = 0;//const左值引用可以接收左值 或者 右值Func(a);Func(a + b);return 0;}

（3）左值引用和右值引用作为函数接受参数可以进行区分（二者构成函数重载），例如：

注意：用const 左值是因为const左值既可以接收左值也可以接受右值，所以是保险做法

右值引用

（1）右值引用只能引用右值，不能引用左值，例如：

move：

左值可以经过move函数转化之后被右值引用，例如：C++中的std::move是一个标准库函数，用于将对象转换为右值引用。它不实际移动任何数据，仅通过强制类型转换（static_cast）将左值标记为可移动的右值，从而允许调用移动构造函数或移动赋值运算符

例如没有接接收move的返回值时不会改变原来左值的数据性质：

例如接收move的返回值之后，原左值数据性质就会改变（转移数据）：

【三】右值引用的效率提升

右值的生命周期一般是很短暂的（将亡值），例如一个表达式、函数返回值。那么在C++11中将这个特性利用了起来，右值引用精髓：利用swap夺舍对方，下面我们来看几个典型的改进案例！

（1）传值返回

这是一个很常见的场景：函数内有一个临时对象S，将S传值拷贝给V，过程图如下：

string Func()
{string S("abcde");return S;
}int main()
{string V = Func();return 0;
}

后来C++11出来提出了右值/右值引用，编译器就自动优化为直接进行移动拷贝：

例如：二者地址是一样的，直接将S的内容全部转交给V，S变量出了函数就销毁了

（2）赋值运算符重载

深拷贝：开空间->拷贝数据

移动拷贝：直接swap交换数据

string operator=(const string& date)
{//开空间string tmp(date);//拷贝数据//返回return tmp;
}string operator=(string&& date)
{//Swap交换数据swap(date);//返回return *this;
}

（3）移动构造

我们知道左值引用和右值引用是构成函数重载的，因此如果可以利用将亡值，那就避免了拷贝构造

精髓：利用将亡值直接交换给 *this ，避免了再次开辟空间

// 拷贝构造
Func(const string& s):_str(nullptr)
{cout << "string(const string& s) -- 深拷贝" << endl;string tmp(s._str);swap(tmp);
}// 移动构造
Func(string&& s):_str(nullptr), _size(0), _capacity(0)
{cout << "string(string&& s) -- 移动语义" << endl;swap(s);
}