Посилання r-value в С++ / aCode

Ми вже раніше розглядали l-values і r-values. Тоді ми говорили, що вам не потрібно занадто турбуватися про них. І це було правдою до C++11. Зараз же, для розуміння семантики переміщення, нам потрібно переглянути цю тему.

Зміст:

l-values і r-values
Посилання l-value
Посилання r-value
Посилання r-value в якості параметрів функції
Повернення посилання r-value
Тест

l-values і r-values

Незважаючи на те, що в обох термінах є слово «value» (значення), l-values і r-values насправді не є властивостями значень, а скоріше є властивостями виразів.

Кожен вираз в мові C++ має дві властивості: тип і категорію значення (визначає, чи можна результат виразу присвоїти іншому об’єкту). У C++03 і в більш ранніх версіях С++ l-values і r-values були єдиними категоріями значень.

Про l-value найпростіше думати, як про функцію, об’єкт або змінну (або вираз, результатом якого є функція, об’єкт або змінна), яка має свою адресу в пам’яті. Спочатку l-values були визначені як «значення, які повинні знаходитися в лівій частині операції присвоювання». Однак пізніше в мову С++ було додано ключове слово const, і l-values були розділені на дві підкатегорії:

Змінювані l-values (наприклад, змінній x можна присвоїти інше значення).

Незмінювані l-values, які є const (наприклад, константа PI).

Про r-value найпростіше думати, як «про все інше, що не є l-value». Це літерали (наприклад, 5), тимчасові значення (наприклад, x + 1) і анонімні об’єкти (наприклад, Fraction(7, 3)). r-values мають область видимості виразу (знищуються в кінці виразу, в якому знаходяться) і їм не можна що-небудь присвоїти. Ця заборона на присвоювання має сенс, тому що присвоюючи значення ми викликаємо в об’єкта побічні ефекти.

А оскільки r-values мають область видимості виразу, то, якби ми присвоїли якесь значення для r-value, r-value або вийшло б з області видимості, перш ніж у нас була б можливість використати присвоєне значення в наступному виразі (що робить операцію присвоювання марною), або нам довелося б використати змінну з побічним ефектом, який виникав би більше одного разу у виразі (що, як ви вже повинні знати, привело б до невизначених результатів!).

Для підтримки семантики переміщення в C++11 ввели 3 нові категорії значень:

pr-values;

x-values;

gl-values.

Їх розуміння не настільки важливе у вивченні або ефективному використанні семантики переміщення, тому в значній мірі ми ігноруватимемо їх. Однак, якщо вам цікаво, то ви можете дізнатися про них більш детально тут.

Посилання l-value

До версії C++11 існував тільки один тип посилань, його називали просто — “посилання”. У C++11 цей тип посилань ще називають “посиланням l-value”. Посилання l-value можуть бути ініціалізовані лише змінними l-values.

Посилання l-value	Чи можуть бути ініціалізовані?	Чи можуть значення змінюватися?
Змінювані l-values	Так	Так
Незмінювані l-values	Ні	Ні
r-values	Ні	Ні

Посилання l-value на константні об’єкти можуть бути ініціалізовані за допомогою як l-values, так і r-values. Однак ці значення не можуть бути змінені (константи не змінюють свої значення).

Посилання l-value на const	Чи можуть бути ініціалізовані?	Чи можуть значення змінюватися?
Змінювані l-values	Так	Ні
Незмінювані l-values	Так	Ні
r-values	Так	Ні

Посилання l-value на константні об’єкти особливо корисні, оскільки дозволяють передавати аргументи будь-якого типу (l-value або r-value) в функцію без виконання копіювання аргументу.

Посилання r-value

У C++11 додали новий тип посилань — посилання r-value. Посилання r-value — це посилання, які ініціалізуються лише значеннями r-values. Хоча посилання l-value створюється з використанням одного амперсанда, посилання r-value створюється з використанням подвійного амперсанда:

int x = 7;
int &lref = x; // ініціалізація посилання l-value змінною x (значення l-value)
int &&rref = 7; // ініціалізація посилання r-value літералом 7 (значення r-value)

int x = 7;

int &lref = x; // ініціалізація посилання l-value змінною x (значення l-value)

int &&rref = 7; // ініціалізація посилання r-value літералом 7 (значення r-value)

Посилання r-value не можуть бути ініціалізовані значеннями l-values.

Посилання r-value	Чи можуть бути ініціалізовані?	Чи можуть значення змінюватися?
Змінювані l-values	Ні	Ні
Незмінювані l-values	Ні	Ні
r-values	Так	Так

І посилання r-value на константні об’єкти:

Посилання r-value на const	Чи можуть бути ініціалізовані?	Чи можуть значення змінюватися?
Змінювані l-values	Ні	Ні
Незмінювані l-values	Ні	Ні
r-values	Так	Ні

Посилання r-value мають дві корисні властивості:

Вони збільшують тривалість життя об’єкта, яким ініціалізовані, до тривалості життя посилання r-value (посилання l-value на константні об’єкти також можуть це робити).

Неконстантні посилання r-value дозволяють нам змінювати значення r-values, на які вказують посилання r-value!

Розглянемо наступну програму:

#include <iostream>
 
class Fraction
{
private:
	int m_numerator;
	int m_denominator;
 
public:
	Fraction(int numerator = 0, int denominator = 1) :
		m_numerator(numerator), m_denominator(denominator)
	{
	}
 
	friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Fraction &f1)
	{
		out << f1.m_numerator << "/" << f1.m_denominator;
		return out;
	}
};
 
int main()
{
	Fraction &&rref = Fraction(4, 7); // посилання r-value на анонімний об'єкт класу Fraction
	std::cout << rref << '\n';
 
	return 0;
} // rref (і анонімний об'єкт класу Fraction) виходить з області видимості тут

#include <iostream>

class Fraction

{

private:

int m_numerator;

int m_denominator;

public:

Fraction(int numerator = 0, int denominator = 1) :

m_numerator(numerator), m_denominator(denominator)

{

}

friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const Fraction &f1)

{

out << f1.m_numerator << "/" << f1.m_denominator;

return out;

}

};

int main()

{

Fraction &&rref = Fraction(4, 7); // посилання r-value на анонімний об'єкт класу Fraction

std::cout << rref << '\n';

return 0;

} // rref (і анонімний об'єкт класу Fraction) виходить з області видимості тут

Результат:

4/7

Створюваний анонімний об’єкт Fraction(4, 7) зазвичай вийшов би з області видимості в кінці виразу, в якому він визначений. Однак, оскільки ми ініціалізуємо посилання r-value цим анонімним об’єктом, то його тривалість життя збільшується до тривалості життя самого посилання r-value, тобто до кінця функції main(). Потім ми використовуємо посилання r-value для виводу значення анонімного об’єкта класу Fraction.

Тепер розглянемо менш наочний приклад:

#include <iostream>
 
int main()
{
    int &&rref = 7; // оскільки ми ініціалізуємо посилання r-value літералом 7, то створюється тимчасовий об'єкт зі значенням 7, на який вказує посилання r-value
    rref = 12;
    std::cout << rref;
 
    return 0;
}

#include <iostream>

int main()

{

int &&rref = 7; // оскільки ми ініціалізуємо посилання r-value літералом 7, то створюється тимчасовий об'єкт зі значенням 7, на який вказує посилання r-value

rref = 12;

std::cout << rref;

return 0;

}

Результат виконання програми:

12

Хоча це може здатися дивним, але при ініціалізації посилання r-value літералом, створюється тимчасовий об’єкт, на який посилається посилання r-value (воно не посилається на сам літерал).

Посилання r-value не надто часто використовуються так, як це представлено у вищенаведених прикладах.

Посилання r-value в якості параметрів функції

Посилання r-value найчастіше використовуються в якості параметрів функції. Це найбільш корисно при перевантаженні функцій, коли ми хочемо, щоб виконання функції відрізнялося в залежності від аргументів (l-values або r-values). Наприклад:

#include <iostream>

void fun(const int &lref) // перевантаження функції для роботи з аргументами l-values
{
	std::cout << "l-value reference to const\n";
}
 
void fun(int &&rref) // перевантаження функції для роботи з аргументами r-values
{
	std::cout << "r-value reference\n";
}
 
int main()
{
	int x = 7;
	fun(x); // аргумент l-value викликає функцію з посиланням l-value
	fun(7); // аргумент r-value викликає функцію з посиланням r-value
 
	return 0;
}

#include <iostream>

void fun(const int &lref) // перевантаження функції для роботи з аргументами l-values

{

std::cout << "l-value reference to const\n";

}

void fun(int &&rref) // перевантаження функції для роботи з аргументами r-values

{

std::cout << "r-value reference\n";

}

int main()

{

int x = 7;

fun(x); // аргумент l-value викликає функцію з посиланням l-value

fun(7); // аргумент r-value викликає функцію з посиланням r-value

return 0;

}

Результат виконання програми:

l-value reference to const r-value reference

Як ви можете бачити, при передачі l-value, виконується перевантаження функції з посиланням l-value в якості параметра, а при передачі r-value — виконується перевантаження функції з посиланням r-value в якості параметра.

Навіщо нам це може знадобитися? Більш детально про це ми поговоримо на наступному уроці. Зайве говорити, що це важлива частина семантики переміщення.

Повернення посилання r-value

Ви майже ніколи не повинні повертати посилання r-value з функції з тієї ж причини, по якій ви майже ніколи не повинні повертати посилання l-value з функції. У більшості випадків ви повернете висяче посилання (яке вказує на видалену пам’ять), а об’єкт, на який посилатиметься посилання, вийде з області видимості в кінці функції.

Тест

Які з наступних стейтментів, позначених літерами, не скомпілюються:

int main()
{
	int x;
 
	// Посилання l-value
	int &ref1 = x; // A
	int &ref2 = 7; // B
 
	const int &ref3 = x; // C
	const int &ref4 = 7; // D
 
	// Посилання r-value
	int &&ref5 = x; // E
	int &&ref6 = 7; // F
 
	const int &&ref7 = x; // G
	const int &&ref8 = 7; // H
	
	return 0;
}

int main()

{

int x;

// Посилання l-value

int &ref1 = x; // A

int &ref2 = 7; // B

const int &ref3 = x; // C

const int &ref4 = 7; // D

// Посилання r-value

int &&ref5 = x; // E

int &&ref6 = 7; // F

const int &&ref7 = x; // G

const int &&ref8 = 7; // H

return 0;

}

Відповідь

B, E і G не скомпілюються.

Оцінити статтю:

(52 оцінок, середня: 4,96 з 5)

Завантаження...

Урок №198. Посилання r-value

l-values і r-values

Посилання l-value

Посилання r-value

Посилання r-value в якості параметрів функції

Повернення посилання r-value

Тест

Залишити відповідь Скасувати коментар