何时使用 std::forward 转发参数？

Question

C++0x 展示了一个使用std::forward的例子：

template<class T>
void foo(T&& arg) 
{
  bar(std::forward<T>(arg));
}

什么时候最好使用std::forward，总是这样？

另外，它需要在参数声明中使用&&，它在所有情况下都有效吗？我认为如果函数中声明了&&，则必须将临时变量传递给函数，那么可以使用任何参数调用 foo 吗？

最后，如果我有这样的函数调用：

template<int val, typename... Params>
void doSomething(Params... args) {
  doSomethingElse<val, Params...>(args...);
}

我应该改用这个吗：

template<int val, typename... Params>
void doSomething(Params&&... args) {
  doSomethingElse<val, Params...>(std::forward<Params>(args)...);
}

另外，如果在函数中使用两次参数，即同时转发到两个函数，使用std::forward是否明智？ std::forward 不会将同一事物转换为临时两次，移动内存并使其第二次使用无效吗？下面的代码可以吗：

template<int val, typename... Params>
void doSomething(Params&&... args) {
  doSomethingElse<val, Params...>(std::forward<Params>(args)...);
  doSomethingWeird<val, Params...>(std::forward<Params>(args)...);
}

我对@9​​87654332@ 有点困惑，我很乐意做一些清理工作。

Answer 1

像你的第一个例子一样使用它：

template <typename T> void f(T && x)
{
  g(std::forward<T>(x));
}

template <typename ...Args> void f(Args && ...args)
{
  g(std::forward<Args>(args)...);
}

这是因为reference collapsing rules：如果T = U&，那么T&& = U&，但是如果T = U&&，那么T&& = U&&，所以你总是在函数体内得到正确的类型。最后，您需要forward 将左值转换的x（因为它现在有了名字！）重新转换为右值引用（如果它最初是一个）。

但是，您不应多次转发某些内容，因为这通常没有意义：转发意味着您可能将参数移动一直到最终调用者，并且一旦移动它已经消失了，所以你不能再次使用它（以你可能想要的方式）。

Answer 2

Kerrek 的回答很有用，但并没有完全回答标题中的问题：

何时使用 std::forward 转发参数？

为了回答这个问题，我们首先要引入universal references 的概念。 Scott Meyers 给出了这个名字，现在它们通常被称为转发引用。基本上，当你看到这样的东西时：

template<typename T>
void f(T&& param);

请记住，param 不是右值引用（可能有人会想得出结论），而是通用引用*。通用引用的特点是非常受限的形式（只是 T&&，没有 const 或类似的限定符）和 类型推导 - 当调用 f 时，将推导出类型 T。简而言之，如果它们被初始化，则通用引用对应于右值引用 右值，如果它们是用左值初始化的，则为左值引用。

现在回答原始问题相对容易 - 将std::forward 应用于：

• 最后一次在函数中使用的通用引用
• 从按值返回的函数返回的通用引用

第一种情况的例子：

template<typename T>
void foo(T&& prop) {
    other.set(prop); // use prop, but don't modify it because we still need it
    bar(std::forward<T>(prop)); // final use -> std::forward
}

在上面的代码中，我们不希望prop 在other.set(..) 完成后有一些未知值，所以这里不会发生转发。但是，当调用 bar 时，我们会转发 prop，因为我们已经完成了它，bar 可以用它做任何它想做的事情（例如移动它）。

第二种情况的例子：

template<typename T>
Widget transform(T&& prop) {
   prop.transform();
   return std::forward<T>(prop);
}

如果prop 是右值，则此函数模板应将其移动到返回值中，如果它是左值，则应将其复制。万一我们最后省略了std::forward，我们总是会创建一个副本，当prop恰好是一个右值时，它的开销会更大。

^{*确切地说，通用引用是一个将右值引用用于 cv 非限定模板参数的概念。}

Answer 3

这个例子有帮助吗？我努力寻找一个有用的非通用 std::forward 示例，但偶然发现了一个我们传递的银行帐户示例 要存入的现金作为论据。

因此，如果我们有一个 const 版本的帐户，当我们将其传递给存款模板时，我们应该预期会调用 const 函数；然后抛出异常（这个想法是一个锁定的帐户！）

如果我们有一个非常量帐户，那么我们应该能够修改该帐户。

#include <iostream>
#include <string>
#include <sstream> // std::stringstream
#include <algorithm> // std::move
#include <utility>
#include <iostream>
#include <functional>

template<class T> class BankAccount {
private:
    const T no_cash {};
    T cash {};
public:
    BankAccount<T> () {
        std::cout << "default constructor " << to_string() << std::endl;
    }
    BankAccount<T> (T cash) : cash (cash) {
        std::cout << "new cash " << to_string() << std::endl;
    }
    BankAccount<T> (const BankAccount& o) {
        std::cout << "copy cash constructor called for " << o.to_string() << std::endl;
        cash = o.cash;
        std::cout << "copy cash constructor result is  " << to_string() << std::endl;
    }
    // Transfer of funds?
    BankAccount<T> (BankAccount<T>&& o) {
        std::cout << "move cash called for " << o.to_string() << std::endl;
        cash = o.cash;
        o.cash = no_cash;
        std::cout << "move cash result is  " << to_string() << std::endl;
    }
    ~BankAccount<T> () {
        std::cout << "delete account " << to_string() << std::endl;
    }
    void deposit (const T& deposit) {
        cash += deposit;
        std::cout << "deposit cash called " << to_string() << std::endl;
    }
    friend int deposit (int cash, const BankAccount<int> &&account) {
        throw std::string("tried to write to a locked (const) account");
    }
    friend int deposit (int cash, const BankAccount<int> &account) {
        throw std::string("tried to write to a locked (const) account");
    }
    friend int deposit (int cash, BankAccount<int> &account) {
        account.deposit(cash);
        return account.cash;
    }
    friend std::ostream& operator<<(std::ostream &os, const BankAccount<T>& o) {
        os << "$" << std::to_string(o.cash);
        return os;
    }
    std::string to_string (void) const {
        auto address = static_cast<const void*>(this);
        std::stringstream ss;
        ss << address;
        return "BankAccount(" + ss.str() + ", cash $" + std::to_string(cash) + ")";
    }
};

template<typename T, typename Account>
int process_deposit(T cash, Account&& b) {
    return deposit(cash, std::forward<Account>(b));
}

int main(int, char**)
{
    try {
        // create account1 and try to deposit into it
        auto account1 = BankAccount<int>(0);
        process_deposit<int>(100, account1);
        std::cout << account1.to_string() << std::endl;
        std::cout << "SUCCESS: account1 deposit succeeded!" << std::endl;
    } catch (const std::string &e) {
        std::cerr << "FAILED: account1 deposit failed!: " << e << std::endl;
    }

    try {
        // create locked account2 and try to deposit into it; this should fail
        const auto account2 = BankAccount<int>(0);
        process_deposit<int>(100, account2);
        std::cout << account2.to_string() << std::endl;
        std::cout << "SUCCESS: account2 deposit succeeded!" << std::endl;
    } catch (const std::string &e) {
        std::cerr << "FAILED: account2 deposit failed!: " << e << std::endl;
    }

    try {
        // create locked account3 and try to deposit into it; this should fail
        auto account3 = BankAccount<int>(0);
        process_deposit<int>(100, std::move(account3));
        std::cout << account3.to_string() << std::endl;
        std::cout << "SUCCESS: account3 deposit succeeded!" << std::endl;
    } catch (const std::string &e) {
        std::cerr << "FAILED: account3 deposit failed!: " << e << std::endl;
    }
}

构建：

cd std_forward
rm -f *.o example
c++ -std=c++2a -Werror -g -ggdb3 -Wall -c -o main.o main.cpp
c++ main.o  -o example
./example

预期输出：

# create account1 and try to deposit into it
new cash BankAccount(0x7ffee68d96b0, cash $0)
deposit cash called BankAccount(0x7ffee68d96b0, cash $100)
BankAccount(0x7ffee68d96b0, cash $100)
# SUCCESS: account1 deposit succeeded!
delete account BankAccount(0x7ffee68d96b0, cash $100)

# create locked account2 and try to deposit into it; this should fail
new cash BankAccount(0x7ffee68d9670, cash $0)
delete account BankAccount(0x7ffee68d9670, cash $0)
# FAILED: account2 deposit failed!: tried to write to a locked (const) account

# create locked account3 and try to deposit into it; this should fail
new cash BankAccount(0x7ffee68d9630, cash $0)
delete account BankAccount(0x7ffee68d9630, cash $0)
# FAILED: account3 deposit failed!: tried to write to a locked (const) account