C++ 右值引用问题

原文地址 Godam

起因

在看了关于运算符重载的网课之后，还有很多疑惑，同学发来一起讨论：

#include <iostream>
using namespace std;
class Point{
int _x,_y;
public:
Point(int x=0,int y=0):_x(x),_y(y){}
Point& operator++();//前置++
Point operator++(int);//后置++
Point& operator--();
Point operator--(int);
friend ostream& operator<<(ostream& o,Point& p);
};
Point& Point::operator++(){
_x++;
_y++;
return *this;
}
//后缀式操作符接受一个额外的int型形参（不会使用它，仅作区分使用）
Point Point::operator++(int){
Point temp=*this;
++*this;//复用了前缀++的重载
return temp;
//后缀式版本中，返回值是尚未自增的原值，但对象本身已经自增
}
Point& Point::operator--(){
_x--;
_y--;
return *this;
}
Point Point::operator--(int){
Point temp = *this;
--*this;
return temp;
}
ostream& operator<<(ostream& o,Point& p){//友元函数，返回值类型为ostream&，可以支持<<级练操作
o<<"("<<p._x<<","<<p._y<<")"<<endl;
return o;
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
// insert code here...
Point p(1,2);
cout<<p<<endl;
cout<<p++<<endl;
cout<<++p<<endl;
cout<<p--<<endl;
cout<<--p<<endl;
return 0;
}

经过

这段代码中关于后置++输出时的<<均显示没有与操作数匹配的运算符。前置++可以成功输出，错误应该出在后置++（--）的返回上，对比发现前置的运算符重载函数返回值均为引用类型，注意到这点之后我把函数都改成了引用类型，发现在输出的时候出现了乱码。

分布运行查看，意识到应该是关于右值的问题，便将所有函数中出现的变量声明为了全局变量，如下所示：

#include <iostream>
using namespace std;
class Point {
int _x, _y;
public:
Point(int x = 0, int y = 0) :_x(x), _y(y) {}
Point& operator++();//前置++
Point& operator++(int);//后置++
Point& operator--();
Point& operator--(int);
friend ostream& operator<<(ostream& o, Point& p);
};
Point temp;
Point& Point::operator++() {
_x++;
_y++;
return *this;
}
//后缀式操作符接受一个额外的int型形参（不会使用它，仅作区分使用）
Point& Point::operator++(int) {
temp = *this;
++*this;//复用了前缀++的重载
return temp;
//后缀式版本中，返回值是尚未自增的原值，但对象本身已经自增
}
Point& Point::operator--() {
_x--;
_y--;
return *this;
}
Point& Point::operator--(int) {
temp = *this;
--*this;
return temp;
}
ostream& operator<<(ostream& o, Point& p) {//友元函数，返回值类型为ostream&，可以支持<<级练操作
//p._x = p._x + 1;
o << "(" << p._x << "," << p._y << ")" << endl;
return o;
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
// insert code here...
Point p(1, 2);
cout << p << endl;
cout << p++ << endl;
cout << ++p << endl;
cout << p-- << endl;
cout << --p << endl;
return 0;
}

姑且将之称为解决方案①吧，但这样声明为全局变量之后会变得很不安全（咱也不知道为啥，大家都这么说），之后问了学长，发现直接删去<<重载函数中的参数列表里的&就可以了。修改如下（别忘记修改友元处）：

ostream& operator<<(ostream& o, Point p) {//友元函数，返回值类型为ostream&，可以支持<<级练操作
//p._x = p._x + 1;
o << "(" << p._x << "," << p._y << ")" << endl;
return o;
}

确实是可以了，但是为什么呢？为什么加上&就不可以了呢？

emmm，补上完整代码：

#include <iostream>
using namespace std;
class Point {
int _x, _y;
public:
Point(int x = 0, int y = 0) :_x(x), _y(y) {}
Point& operator++();//前置++
Point operator++(int);//后置++
Point& operator--();
Point operator--(int);
friend ostream& operator<<(ostream& o, Point p);
};
Point& Point::operator++() {
_x++;
_y++;
return *this;
}
//后缀式操作符接受一个额外的int型形参（不会使用它，仅作区分使用）
Point Point::operator++(int) {
Point temp = *this;
++*this;//复用了前缀++的重载
return temp;
//后缀式版本中，返回值是尚未自增的原值，但对象本身已经自增
}
Point& Point::operator--() {
_x--;
_y--;
return *this;
}
Point Point::operator--(int) {
Point temp = *this;
--*this;
return temp;
}
ostream& operator<<(ostream& o, Point p) {//友元函数，返回值类型为ostream&，可以支持<<级练操作
//p._x = p._x + 1;
o << "(" << p._x << "," << p._y << ")" << endl;
return o;
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
// insert code here...
Point p(1, 2);
cout << p << endl;
cout << p++ << endl;
cout << ++p << endl;
cout << p-- << endl;
cout << --p << endl;
return 0;
}

暂且称之为第②解决方案。

为什么加上&就不可以了呢？想起了之前关于右值左值的内容，大家可以到这里看一下https://www.godreams.cn/?post=89 ，思考之后才想起来，在重载函数返回值时，其值是作为一个右值返回的，既然是右值，就不存在引用了，这样就能够解释为什么没有与之匹配的<<重载函数了，所以，这里只需要将右值找一个中间变量接受，之后作为左值再调用<<重载函数就可以使用了。

代码如下（只修改了主函数部分，为方便复制我直接全部发出来吧）：

#include <iostream>
using namespace std;
class Point {
int _x, _y;
public:
Point(int x = 0, int y = 0) :_x(x), _y(y) {}
Point& operator++();//前置++
Point operator++(int);//后置++
Point& operator--();
Point operator--(int);
friend ostream& operator<<(ostream& o, Point& p);
};
Point& Point::operator++() {
_x++;
_y++;
return *this;
}
//后缀式操作符接受一个额外的int型形参（不会使用它，仅作区分使用）
Point Point::operator++(int) {
Point temp = *this;
++*this;//复用了前缀++的重载
return temp;
//后缀式版本中，返回值是尚未自增的原值，但对象本身已经自增
}
Point& Point::operator--() {
_x--;
_y--;
return *this;
}
Point Point::operator--(int) {
Point temp = *this;
--*this;
return temp;
}
ostream& operator<<(ostream& o, Point& p) {//友元函数，返回值类型为ostream&，可以支持<<级练操作
//p._x = p._x + 1;
o << "(" << p._x << "," << p._y << ")" << endl;
return o;
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
// insert code here...
Point p(1, 2);
cout << p << endl;
Point c = p++;
cout << c << endl;
cout << ++p << endl;
Point d = p--;
cout << d << endl;
cout << --p << endl;
return 0;
}

这样将右值转化为左值就可以正常输出了。

拓展

为了研究函数类型是引用的情况，我又写了一个简单的代码进行分析。

#include <iostream>
using namespace std;
int& sum(int c) {
return c;
}
int co(int b) {
b = b + 1;
return b;
}
int main() {
int a = 3;
co(sum(a));
cout << a;
}

对于这段代码，刚开始以为是输出4，但运行之后不是，这就是类似于刚一开始出现的问题了，甚至于问题更严重。

首先在第四行，对于函数sum参数列表并没有使用引用，而且在主函数中传递参数时也没有使用引用，所以造成一个严重的问题：试图使用函数去返回一个局部变量的引用。局部变量的生存周期仅在函数的生存周期内，一旦出函数，就要消亡。只能作为右值传递出去，而右值是不可能有引用的，所以这里将函数定义为返回值是引用的情况是毫无意义的，最终得出结论：返回值是引用的一定是一个左值，可以使用this、全局变量等等，千万不能是局部变量。。这应该是我这样的新手才会遇到的问题吧。

结语

之后参照前部分内容介绍的方法修改了代码，输出了地址，这样简化了前一部分的代码，其中的具体内容原理算是大致理解了，也是在写完关于右值的笔记之后第一次遇到右值问题。之后具体步骤就不写了。。。。。。。整个过程很菜，但还是决定把这篇笔记写下来

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