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C++面試八股文之左值與右值

更新時間：2023年06月18日 10:14:43 作者：二進(jìn)制架構(gòu)

簡單來說，左值就是可以使用&符號取地址的值，而右值一般不可以使用&符號取地址，這篇文章主要來和大家講講面試中左值與右值常考的知識點(diǎn)，需要的可以參考一下

某日二師兄參加XXX科技公司的C++工程師開發(fā)崗位第16面：

面試官：什么是左值，什么是右值？

二師兄：簡單來說，左值就是可以使用&符號取地址的值，而右值一般不可以使用&符號取地址。

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

二師兄：一般左值存在內(nèi)存中，而右值存在寄存器中。

int a = 42, b = 1024;
decltype(a+b);	//類型為右值，a+b返回的值存在寄存器中
decltype(a+=b);	//類型為左值，a+=b返回的值存儲在內(nèi)存中

二師兄：嚴(yán)格意義上分，右值分為純右值（pvalue）和將亡值（xvalue）。C++中，除了右值剩余的就是左值。

42;				//純右值
int a = 1024;
std::move(a);	//將亡值

面試官：C++98/03中已經(jīng)有了左值，為什么還要增加右值的概念？

二師兄：主要是為了效率。特別是STL中的容器，當(dāng)需要把容器當(dāng)作參數(shù)傳入函數(shù)時：

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;
}

二師兄：當(dāng)我們要把vi1傳入函數(shù)時，在C++98/03時只能通過拷貝構(gòu)造函數(shù)，把vi1中所有的元素全部拷貝一份給vi2，拷貝完成之后，當(dāng)function函數(shù)返回時，vi2被析構(gòu)，然后vi1被析構(gòu)。

二師兄：在C++11及之后，我們可以通過std::move()把vi1強(qiáng)制轉(zhuǎn)為右值，此時在初始化vi2時執(zhí)行的不是拷貝構(gòu)造而是移動構(gòu)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;
}

二師兄：這里只進(jìn)行了一次構(gòu)造。一次移動（當(dāng)元素特別多時，移動的成本相對于拷貝基本可以忽略不記），一次析構(gòu)。效率得到很大的提升。

二師兄：當(dāng)然，移動過后的變量已經(jīng)不能再使用（身體被掏空），在std::move(vi1)之后使用vi1是未定義行為。

面試官：好的。那你知道移動構(gòu)造是如何實現(xiàn)的嗎？

二師兄：移動構(gòu)造是通過移動構(gòu)造函數(shù)實現(xiàn)的，當(dāng)類有資源需要管理時，拷貝構(gòu)造會把資源復(fù)制一份，而移動構(gòu)造偷走了原對象的資源。

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
    }
}

面試官：好的。你覺得移動構(gòu)造函數(shù)的noexcept關(guān)鍵字能省略嗎？為什么？

二師兄：應(yīng)該不能吧，具體不清楚。

面試官：那你知道std::move是如何實現(xiàn)的嗎？

二師兄：好像是static_cast實現(xiàn)的吧。

面試官：那你知道什么叫萬能引用嗎？

二師兄：萬能引用主要用在模板中，模板參數(shù)是T，形參是T&&，此時可以傳入任何類型的參數(shù)，所以稱之為萬能引用。

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

面試官：那你知道萬能引用是如何實現(xiàn)的嗎？

二師兄：不太清楚。。

面試官：完美轉(zhuǎn)發(fā)知道嗎？

二師兄：std::forward 嗎，了解過一些，不太熟悉。

面試官：好的，回去等消息吧。

讓我們來回顧以下二師兄今天的表現(xiàn)：

移動構(gòu)造函數(shù)的noexcept關(guān)鍵字能省略嗎？為什么？

這里盡量不要省略。如果省略，編譯器會推斷是否會拋出異常。如果移動構(gòu)造函數(shù)可能會拋出異常，則編譯器不會將其標(biāo)記為noexcept。當(dāng)編譯器不標(biāo)記為noexcept時，為了保證程序的正確性，編譯器可能會采用拷貝構(gòu)造的方式實現(xiàn)移動構(gòu)造，從而導(dǎo)致效率降低。

需要注意的是，如果標(biāo)記了noexcept但在移動時拋出了異常，則程序會調(diào)用std::terminate()函數(shù)來終止運(yùn)行。

知道std::move是如何實現(xiàn)的嗎？

這里的確是通過static_cast實現(xiàn)的，講左值強(qiáng)行轉(zhuǎn)換成右值，用來匹配移動語義而非拷貝。

template&lt;typename T&gt;
typename std::remove_reference&lt;T&gt;::type&amp;&amp; move(T&amp;&amp; t) { return static_cast&lt;typename std::remove_reference&lt;T&gt;::type&amp;&amp;&gt;(t);}

萬能引用是如何實現(xiàn)的？

萬能引用主要使用了引用折疊技術(shù)，

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

當(dāng)T類型為左值時，&& & 被折疊為&，當(dāng)T類型為右值時，&& &&被折疊稱為&&。以下是折疊規(guī)則：

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

完美轉(zhuǎn)發(fā)知道嗎？

當(dāng)我們需要在function中傳遞t參數(shù)時，如何保證它的左值或右值語義呢？這時候完美轉(zhuǎn)發(fā)就登場了：

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

當(dāng)傳入的參數(shù)t的類型時右值時，由于引用折疊還是右值，此時的t雖然時一個右值引用，但t本身卻是一個左值！這里非常的不好理解。如果我們把t直接傳入到function2，那么function2中的t2會被推導(dǎo)成左值，達(dá)不到我們的目標(biāo)。如果在調(diào)用function2時傳入std::move(t)，當(dāng)t是右值時沒有問題，但當(dāng)t是左值時，把t移動到t2，t在外部不在能用。這也不符合我們的預(yù)期。此時std::forward閃亮登場！

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

std::forward使用了編譯時多態(tài)（SFINAE）技術(shù)，使得當(dāng)參數(shù)t是左值是和右值是匹配不同的實現(xiàn)，完成返回不同類型引用的目的。以下是標(biāo)準(zhǔn)庫的實現(xiàn)：

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);
}

好了，今日份面試到這里就結(jié)束了。二師兄的表現(xiàn)如何呢？預(yù)知后事如何，且聽下回分解。

到此這篇關(guān)于C++面試八股文之左值與右值的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++左值右值內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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