Русская Википедия:Прямая передача (C++)
Шаблон:Значения Прямая передача (Шаблон:Lang-en) — идиоматический механизм переноса атрибутов параметров в процедурах обобщённого кода языка C++. Он был стандартизирован в редакции стандарта C++11 с помощью функционала библиотеки STL и синтаксиса передаваемыx ссылок (Шаблон:Lang-en), а также унифицирован для применения совместно с вариативными шаблонамиШаблон:SfnШаблон:Sfn.
Прямая передача используется в тех случаях, когда от функций и процедур обобщённого кода требуется оставлять неизменными фундаментальные свойства своих параметризованных аргументов, то естьШаблон:Sfn:
- константный объект должен передаваться как объект, предназначенный только для чтения.
- модифицируемый объект должен оставаться модифицируемым.
- перемещаемый объект должен оставаться перемещаемым.
Практическое воплощение прямой передачи в стандарте языка реализовано с помощью функции std::forward из заголовочного файла <utility>[1]Шаблон:Sfn. Вследствие чего, комбинация специальных правил вывода для &&-ссылок и их свёртки позволяет создать функциональный шаблон, который принимает произвольные аргументы с фиксацией их типов и основных свойств (rvalue или lvalue). Сохранение этой информации предопределяет возможность передавать данные аргументы при вызове других функций и методовШаблон:Sfn.
Предпосылки
Особое поведение параметров — временных ссылок
Рассмотрим простейший объект с двумя конструкторами — один копирует поле из std::string, второй перемещает.
class Obj {
public:
Obj(const std::string& x) : field(x) {}
Obj(std::string&& x) : field(std::move(x)) {} // std::move нужен!!
private:
std::string field;
}
Первая перегрузка конструктора — самая обычная из Си++03. А во второй std::move, и вот почему.
Параметр string&& снаружи — временная (rvalue) ссылка, и передача именованного (lvalue) объекта невозможна. А внутри функции этот параметр именованный (lvalue), то есть string&. Сделано это для ошибкобезопасности: если в функции, принимающей string&&, идут сложные манипуляции с данными, невозможно случайно уничтожить параметр-string&&.
Вопросы начинаются, когда параметров много — приходится делать 4, 8, 16… конструкторов.
class Obj2 {
public:
Obj(const std::string& x1, const std::string& x2) : field1(x1), field2(x2) {}
Obj(const std::string& x1, std::string&& x2) : field1(x1), field2(std::move(x2)) {}
// …и ещё две перегрузки
private:
std::string field1, field2;
}
Существуют два способа не множить сущности, идиома «by-value+move» и метапрограммирование, и для последнего сделан второй механизм Си++11.
Склейка ссылок
Склейку (свёртку, коллапсирование) ссылок (Шаблон:Lang-en) лучше всего объяснит такой код.
using One = int&&;
using Two = One&; // тогда Two = int&
При переходе к передаваемым ссылкам выясняется не только тип переданного в функцию параметра, но также даётся оценка, является ли он rvalue или lvalue. Если переданный в функцию параметр является lvalue, то подставляемое значение тоже будет ссылкой на lvalue. При этом, отмечается, что объявление типа параметра шаблона в виде &&-ссылки может иметь интересные побочные эффекты. Например, проявляется необходимость явного указания инициализаторов для всех локальных переменных данного типа, так как при их использовании с lvalue-параметрами вывод типа после инстанцирования шаблона присвоит им значение lvalue-ссылки, которая по требованию языка обязана иметь инициализаторШаблон:Sfn.
Склейка ссылок позволяет такие шаблоны:
class Obj {
public:
template <class T>
Obj(T&& x) : field(std::forward<T>(x)) {} // забежали вперёд и сделали правильно
private: // ниже объясним, почему без явной функции forward нельзя
std::string field;
}
Для таких временных ссылок в компиляторах добавлены специальные правилаШаблон:Sfn, из-за чего…
- если T=string, будет Шаблон:Cpp
- если T=string&, будет Шаблон:Cpp
- если T=const string&, будет Шаблон:Cpp
Следствие: невозможно автоматически узнать, временная ли ссылка
Вернёмся к шаблонному конструктору Obj::Obj. Если не рассматривать посторонние типы, а только string, возможны три варианта.
- T=string, инстанцируется в Шаблон:Cpp, внутри x=string&.
- T=string&, инстанцируется в Шаблон:Cpp, внутри x=string&.
- T=const string&, инстанцируется в Шаблон:Cpp, внутри x=const string&.
С третьим вариантом всё в порядке, но простым выведением типов невозможно отличить первый вариант от второго. А ведь в первом варианте для максимальной производительности нужен std::move, во втором он опасен: присваивание с перемещением «выпотрошит» строку, которая, возможно, ещё пригодится.
Решение: std::forward
Вернёмся к нашему шаблонному конструктору.
template <class T>
Obj(T&& x) : field(std::forward<T>(x)) {}
Шаблон Шаблон:Cpp используется только в шаблонах (в нешаблонном коде хватает Шаблон:Cpp). Он требует, чтобы тип был явно указан (иначе не отличишь Шаблон:Cpp от Шаблон:Cpp), и либо ничего не делает, либо разворачивается в Шаблон:Cpp.
Идиома «by-value + move»
Второй способ не множить сущности: параметр принимается по значению и передаётся дальше через Шаблон:Cpp.
class Obj {
public:
Obj(std::string x) : field(std::move(x)) {}
private:
std::string field;
}
Используется, когда перемещение объекта значительно «легче» копирования, обычно в нешаблонном коде.
Примечания
Источники
Ссылки
- Eli Bendersky Perfect forwarding and universal references in C++, 03 November 2014
- ↑ std::forward Шаблон:Wayback C++ reference
