为什么 std::forward 将左值和右值转换为右值引用？

Question

我想我对std::forward 感到困惑。 我使用std::forward 的函数如下，但为了便于解释，它做了很多简化和修改。

// This is an example code to explain my question simply.
template <typename Element>
void add(Element&& element) {
    static std::vector vec;
    vec.push_back(std::forward<Element>(element));
}

我用上面的函数尝试了两种情况；案例 1 左值参数和案例 2 右值参数。

案例1：左值参数

auto some_class = SomeClass();
add(some_class);

案例 2：右值参数

add(SomeClass());

在调试器中，这两种情况都传递了相同的以下部分，std::forward 部分和 std::vector 部分。

std::forward 部分：

template<typename _Tp>
constexpr _Tp&&
forward(typename std::remove_reference<_Tp>::type& __t) noexcept
{ return static_cast<_Tp&&>(__t); }

std::vector 部分：

#if __cplusplus >= 201103L
  void
  push_back(value_type&& __x)
  { emplace_back(std::move(__x)); }

似乎std::forward 部分将两种情况都转换为右值引用&&，因为它使用static_cast<_Tp&&>。并且std::vector 将两个元素都视为右值引用，因为它使用了std::move()。

我预计案例 1 的扩充是左值，因为它有自己的名称，而案例 2 是右值，因为它没有自己的名称。 我还期望 std::forward 将案例 1 转换为左值引用，将案例 2 转换为右值引用。 我对左值、右值和std::forward 的理解是否正确？如果是这样，为什么std::forward 将两者都转换为右值引用&&。

如果我犯了错误，很抱歉耽误您的时间。

Answer 1

为什么std::forward 将两者都转换为右值引用

不应该。根据forwarding reference的规则，当一个左值被传递给add时，模板类型参数Element会被推导出为SomeClass&。然后std::forward<SomeClass&>(element)会被调用，std::forward的实例化会是

// before reference collapsing
constexpr SomeClass& &&
forward(SomeClass& __t) noexcept
{ return static_cast<SomeClass& &&>(__t); }

和

// after reference collapsing
constexpr SomeClass&
forward(SomeClass& __t) noexcept
{ return static_cast<SomeClass&>(__t); }

所以对于第一种情况，std::forward 将返回一个左值。从函数返回的左值引用是一个左值。

顺便说一句，对于第二种情况，templare 参数Element 将被推导出为SomeClass，然后您可以进行与上述相同的推理，最后std::forward 的实例化将是

constexpr SomeClass&&
forward(SomeClass& __t) noexcept
{ return static_cast<SomeClass&&>(__t); }

从函数返回的右值引用是一个右值。

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你得到的结果看起来很奇怪，对于第一种情况，应该调用std::vector::push_back(const T&)。 （我试过mcve，here）

Answer 2

您缺少的部分是参考折叠。传入左值时，对于某些T，它将具有类型T&（或const T&）。如果将其添加到forward 模板中，您会得到：

return static_cast<T& &&>(__t);

由于引用折叠规则，这将折叠到T&。

Effective Modern C++ 在第 28 条中涵盖了这一点。基本上：

• 类型 T 的左值被推导出为T&。
• 类型 T 的右值被推导为T。

有了这个，以及上面的参考折叠规则，希望你能理解std::forward的工作原理。