引言

右值引用和万能引用都是C++11引入的新概念；由于都与&&有关系，所以这里将他们放到一个专题进行分析论述。

一般情况下，以赋值运算符=为界，=左边称左值lvalue，=右边称右值rvalue。例如：int value = 3;value 就是lvalue, 3就是rvalue。但这只是形式而已，不能完全概括左值和右值，因为在某些情况下，这条规则是不生效的。例如：int aValue = value; value 出现在=右边，但是value却不是右值。

除rvalue和lvalue外，现代C++还存在多个属性分类，他们是将亡值xvalue，纯右值prvalue和泛左值glvalue，彼此之间的关系如图一所示。

如图一所示，泛左值glvalue = 左值lvaue + 将亡值xvalue；右值rvalue = 纯右值prvalue + 将亡值xvalue。变化的是C++11之前的左值变为C++11标准中的纯右值；C++11的左值与以前的标准基本一致。

关于左值，C89标准有这样论述：the definition of lvalue as an object locator，也就是说一个可以取地址且不会立刻消亡的对象就是一个左值，所以lvalue中的l可理解为location。

纯右值prvalue则是C89标准的右值，其表示没有明确地址的只读对象，prvalue中的r可理解为read。纯右值要么是字面值常量；要么是求值结果相当于字面值或匿名临时变量。非引用返回的临时变量，表达式产生的临时变量，原始字面值，lambda表达式都是纯右值。

将亡值是C++11引入的与右值引用相关将要销毁的对象，可以被移动的值。左值和右值两种最明显的区别是：左值有持久的状态，而右值要么是纯右值（字面值，表达式求值过程中创建的临时对象）要么是将要消亡可移动的临时对象。

引用由C++98标准引入，由于引用只能绑定左值；所以Morden C++（C++11及以后标准）引入右值引用解决绑定右值的问题，右值引用可以说是对传统引用的扩充。经Morden C++扩充后，传统C++的引用，在Morden C++中变成左值引用；Morden C++引入右值引用，从而引出移动语义；

左值引用

C++98标准引入左值引用，左值引用通过&定义，其绑定规则可总结如下：

• 一个左值绑定绑定到左值引用；
• 无法把一个右值绑定到左值引用，除非是const类型的左值引用

具体可参考举例：

int b = 5;
int& a = b;      // 可以正常编译
int& a1 = 500;   // 无法通过编译
const int& a2 = 500; // 可以通过编译

右值引用

所谓右值引用就是必须绑定到右值的引用，我们一般通过&&而不是&来获得右值引用。所以可看出右值引用可绑定到将要销毁的对象（将亡值），把将亡值绑定到右值引用相当于右值引用的资源移动到了一个对象，这样可延长将亡值的生命周期。例如：

struct Circle
{Circle(const double& circle) : circle(circle) {}double circle;
};Circle&& newCircle()
{return Circle(1.0);
}

除了将亡值以外右值引用还可以绑定纯右值（即字面值常量），例如：

double&& radius = 5.30;

右值引用可以绑定将亡值或纯右值，但是无法绑定左值。例如：

int b = 5;
int&& a = b;      // 无法编译

常量右值引用，可以引用纯右值和将亡值，但是能绑定左值。例如：

int b = 5;
const int&& a = 100;
const int&& width = newCircle().circle;
const int&& c = b; // 无法编译 

万能引用

万能引用的英文是universal reference，除了“万能引用”，还有另外一种翻译“未定义引用”。 万能引用的一般定义方式为T&&，注意此处T为可演绎的模板类型，不是普通意义上的类型。万能引用一般存在于下述两种场景：

• 传参类型为T&& 的模板函数，且必须存在类型推导
• auto && 的引用声明，同样必须存在类型推导

void f(int &&value)     // “&&” means rvalue referenceint && var = someValue; // “&&” means rvalue referenceauto&& var2 = var1;     //  “&&” means universal referencetemplate
void f(std::vector&& param);  // “&&” means rvalue referencetemplate
void f(T&& param);               // “&&” mean universal reference

对于万能引用，需要注意的有两点：

• 声明形式必须为T && 或 auto &&
• 只有推导发生，&&才称为万能引用，否则算作右值引用

为了更好的说明上述两个注意事项，我们举例分析：

例一：T与容器结合

template
void fun(std::vector&& arg)   // “&&” means rvalue reference

此处，&&为右值引用，因为入参的声明类型为std::vector&&，而不是T&&

例二：const T&&

template
void fun(const T&& arg);               // “&&” means rvalue reference

由于存在const修饰T&&，导致此处&&也是右值引用，而非万能引用。

例三：成员函数T&&

template >
class vector 
{
public:...void push_back(T&& x);       // fully specified parameter type ⇒ no type deduction;...                          // &&  rvalue reference
};

虽然此处声明为T&&，但是在模板实例化时T类型就已经确定了，因此T不需要编译是类型推导。所以push_back声明中的&&为右值引用而非万能引用。

例四：变长参数模板Args&&... args

template  >
class vector 
{
public:...template void emplace_back(Args&&... args); // deduced parameter types ⇒ type deduction;...                                // && ≡ universal references
};

此举例中，虽然模板实例化时T的类型可确定，但是每个args的类型也还是需要逐个推导。因此此处&&为万能引用而非右值引用。

引用折叠

左值和右值在模板推导时是存在差异的，对于类型T的lvalue，模板会推导为T&类型；但是对于类型T的右值，模板会推导为T。

template
void func(T&& arg);...int x;...func(10);                           // invoke func on rvalue
func(x);                            // invoke func on lvalue

对于函数调用func(10)，func中的T会推导为int，所以func的形式类似于

void func(int&& arg);             // 右值变量func的实例化

但是对于func(x)，func中的T会推导为int&，所以func的形式类似于

void func(int& && arg);           // 左值变量func的实例化

但是func(int& && arg)这是一个不合法的函数声明。为了解决这个问题C++11引入了“引用折叠”。

由于存在左值引用和右值，所以就会存在4形式的引用组合，他们分别是：lvalue reference to lvalue reference, lvalue reference to rvalue reference, rvalue reference to lvalue reference, and rvalue reference to rvalue reference。这四种形式的引用折叠规则：

• rvalue reference to rvalue reference引用折叠后变成 rvalue reference
• 其他三种组合方式，引用折叠后均变成rvalue reference。

同左值引用和右值引用一样，万能引用同样需要初始化。基于引用折叠规则，万能引用的初始化规则可总结如下：

• 如果万能引用由左值表达式初始化，那么万能引用将变成一个左值引用，左值初始表达式可是可取址的表达式，左值引用表达式例如T&, const T&。
• 如果万能引用由右值初始化，那么万能引用将变成一个右值引用，右值的初始表达式可是纯右值或将亡值。

int&& var1 = 100;   // var1 is a rvalue reference, but var1 is a lvalue
auto&& var2 = var1; // var2 is an lvalue reference, since we can take the address of var1

总结

综述所述，假设T为一个具体类型，那么关于引用可总结如下：

• 左值引用，使用T&，只能绑定左值；
• 右值引用，使用T&&，只能绑定右值；
• 常量左值引用，使用const T&，既可以绑定左值，也可以绑定右值；
• 已命名的右值引用，编译器会认为是一个左值；
• 常量右值引用，可以引用常量右值和非常量右值。

同样对应万能引用和引入折叠，C++11折叠规则更简单：

• 引用折叠时只要有左值引用出现，折叠后的类型就是左值引用，否则为右值引用。