Эффективный и современный С++. 42 рекомендации по использованию С++11 и С++14 - [87]

template
void func(T&& param);

выведенный параметр шаблона T будет включать информацию о том, был ли переданный в param аргумент lvalue или rvalue.

Механизм этого кодирования прост. Если в качестве аргумента передается lvalue, T выводится как lvalue-ссылка. При передаче rvalue вывод типа приводит к тому, что T не является ссылкой. (Обратите внимание: lvalue кодируются как lvalue-ссылки, но rvalue кодируются как не ссылки.) Следовательно:

Widget widgetFactory(); // Функция, возвращающая rvalue
Widget w;               // Переменная (lvalue)
func(w);                // Вызов функции с lvalue; тип T
                        // представляет собой Widget&
func(widgetFactory());  // Вызов функции с rvalue; тип T
                        // представляет собой Widget

В обоих вызовах func передается Widget, но так как один Widget является lvalue, а второй представляет собой rvalue, для параметра шаблона T выводятся разные типы. Это, как вы вскоре увидите, и определяет, чем становятся универсальные ссылки: rvalue- или lvalue-ссылками; а кроме того, это механизм, лежащий в основе работы std::forward.

Прежде чем более внимательно рассмотреть std::forward и универсальные ссылки, мы должны заметить, что ссылка на ссылку в С++ не существует. Попытайтесь объявить ее, и компилятор вынесет вам строгий выговор:

int x;
…
auto& & rx = x; // Ошибка! Объявлять ссылки на ссылки нельзя

Но рассмотрим, что произойдет, если передать lvalue шаблону функции, принимающему универсальную ссылку:

template
void func(T&& param); // Как и ранее
func(w);              // Вызов func с lvalue;
                      // T выводится как Widget&

Если мы возьмем тип, выведенный для T (т.e. Widget&) и используем его для инстанцирования шаблона, то получим следующее:

void func(Widget& && param);

Ссылка на ссылку! Но компиляторы не возражают. Из раздела 5.2 мы знаем, что, поскольку универсальная ссылка param инициализируется с помощью lvalue, тип param должен быть lvalue-ссылкой, но как компилятор получит результат взятия выведенного типа T и подстановки его в шаблон, который представляет собой конечную сигнатуру функции?

void func(Widget& param);

Ответ заключается в свертывании ссылок (reference collapsing). Да, вам запрещено объявлять ссылки на ссылки, но компиляторы могут создавать их в определенных контекстах, среди которых — инстанцирование шаблонов. Когда компиляторы генерируют ссылки на ссылки, свертывание ссылок определяет, что будет дальше.

Существуют два вида ссылок (lvalue и rvalue), так что имеются четыре возможные комбинации “ссылка на ссылку” (lvalue на lvalue, lvalue на rvalue, rvalue на lvalue и rvalue на rvalue). Если ссылка на ссылку возникает в контексте, где это разрешено (например, во время инстанцирования шаблона), то ссылки сворачиваются в единственную ссылку согласно следующему правилу:

Если любая из ссылок является lvalue-ссылкой, результат представляет собой lvalue-ссылку. В противном случае (т.e. когда обе ссылки являются rvalue-ссылками) результат представляет собой rvalue-ссылку.

В нашем приведенном выше примере подстановка выведенного типа Widget& в шаблон func дает rvalue-ссылку на lvalue-ссылку, и правило свертки ссылок гласит, что результатом является lvalue-ccылкa.

Свертывание ссылок является ключевой частью механизма, обеспечивающего работу std::forward. Как пояснялось в разделе 5.3, std::forward применяется к параметрам, являющимся универсальными ссылками, так что обычно его применение имеет следующий вид:

template
void f(T&& fParam) {
 …                                  // Некоторая работа
 someFunc(std::forward(fParam)); // Передача fParam в
}                                   // someFunc

Поскольку fParam представляет собой универсальную ссылку, мы знаем, что параметр типа T будет кодировать информацию о том, являлся ли переданный f аргумент (т.e. выражение, использованное для инициализации fParam) lvalue или rvalue. Работа std::forward заключается в приведении fParam (lvalue) к rvalue тогда и только тогда, когда T гласит, что переданный в f аргумент был rvalue, т.e. если T не является ссылочным типом.

Вот как можно реализовать std::forward, чтобы он выполнял описанные действия:

template // В пространстве имен std
T&& forward(typename
            remove_reference::type& param) {
 return static_cast(param);
}

Этот код не совсем отвечает стандарту (я опустил несколько деталей интерфейса), но отличия не играют роли для понимания того, как ведет себя std::forward.

Предположим, что аргумент, переданный f, является lvalue типа Widget. Тип T будет выведен как Widget&, а вызов std::forward инстанцирует std::forward. Подстановка Widget& в реализацию std::forward дает следующее:

Widget& && forward(typename
                   remove_reference<Widget&>::type& param)
{ return static_cast<Widget& &&>(param); }

Свойство типа std::remove_reference::type дает Widget (см. раздел 3.3), так что std::forward превращается в

Widget& && forward(Widget& param)
{ return static_cast(param); }

К возвращаемому типу и приведению также применяется сворачивание ссылок, и результат представляет собой последнюю версию