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C++---ref-qualifier（ / ）函数的左右值调用的界定

news 2025/10/18 7:55:44

1. ref-qualifier的定义

ref-qualifier 是 C++11 引入的一种成员函数限定符，用来限制成员函数只能在特定引用类型的对象上调用。它有两种形式：

& ：只能在左值对象上调用
&&：只能在右值对象上调用

语法位置在函数的cv-qualifier（const/volatile）之后（如果有），函数体之前。

struct Foo {void bar() &;   // 仅左值对象可调用void bar() &&;  // 仅右值对象可调用
};

2. ref-qualifier的作用

在 C++11 之前，我们无法区分成员函数是通过左值还是右值对象调用的。例如：

struct String {const char* data() const { return ptr; }
private:const char* ptr;
};String make_string();auto p = make_string().data(); // 危险：返回的指针指向临时对象，临时对象已销毁

使用 ref-qualifier 可以避免这种情况：

struct String {const char* data() const & { return ptr; }          // 左值调用const char* data() const && = delete;               // 禁止右值调用
private:const char* ptr;
};

这样 make_string().data() 会在编译期被禁止。

3. 基本语法与重载规则

ref-qualifier 参与函数重载决议，规则如下：

左值对象优先匹配 & 限定的函数
右值对象优先匹配 && 限定的函数
如果没有匹配的 ref-qualifier，会尝试无 ref-qualifier 的函数（如果存在）
const/volatile 限定符与 ref-qualifier 可以组合

struct A {void f() &  { std::cout << "lvalue\n"; }void f() && { std::cout << "rvalue\n"; }
};A a;
a.f();          // 输出 "lvalue"
std::move(a).f(); // 输出 "rvalue"
A().f();        // 输出 "rvalue"

4. 与 const/volatile 的组合

ref-qualifier 必须放在 cv-qualifier 之后：

struct B {void g() const &;   // const 左值void g() &;         // 非 const 左值void g() const &&;  // const 右值void g() &&;        // 非 const 右值
};

重载决议优先级（从高到低）：

非 const 右值
const 右值
非 const 左值
const 左值

5. 与模板的结合

ref-qualifier 可以与模板参数结合，用于实现完美转发：

template<typename T>
struct Wrapper {T value;template<typename U>Wrapper(U&& u) : value(std::forward<U>(u)) {}// 只有当 *this 是右值时，才返回右值引用T&& get() && { return std::move(value); }// 当 *this 是左值时，返回左值引用T& get() & { return value; }
};

6. 与完美转发的关系

ref-qualifier 常用于实现成员函数的完美转发，避免不必要的拷贝：

struct Builder {std::string result;// 允许链式调用Builder& operator<<(const std::string& s) & {result += s;return *this;}// 右值版本：不返回引用，避免悬垂引用Builder operator<<(const std::string& s) && {Builder tmp = std::move(*this);tmp.result += s;return tmp;}
};

7. 与继承和虚函数

ref-qualifier 参与函数签名，因此会影响虚函数覆盖：

struct Base {virtual void foo() &;virtual void foo() &&;
};struct Derived : Base {void foo() & override;void foo() && override;
};

注意：如果基类函数有 ref-qualifier，派生类覆盖时必须使用相同的 ref-qualifier。

8. 实用场景

8.1 阻止对临时对象调用某些函数

struct File {FILE* fp;File(const char* name) { fp = fopen(name, "r"); }~File() { if (fp) fclose(fp); }// 禁止对临时文件对象调用 read()size_t read() && = delete;size_t read() & {// 读取文件内容return 0;}
};

8.2 优化返回值

struct Matrix {std::vector<double> data;// 右值版本可以直接移动内部数据std::vector<double> get_data() && {return std::move(data);}// 左值版本只能返回拷贝std::vector<double> get_data() & {return data;}
};

8.3 实现流式接口

struct Logger {std::stringstream ss;Logger& log(const std::string& msg) & {ss << msg;return *this;}std::string log(const std::string& msg) && {ss << msg;return ss.str();}
};