C++面试八股文之左值与右值

Talia ·

更新时间:2024-05-17

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某日二师兄参加XXX科技公司的C++工程师开发岗位第16面：

面试官：什么是左值，什么是右值？

二师兄：简单来说，左值就是可以使用&符号取地址的值，而右值一般不可以使用&符号取地址。

int a = 42;//a是左值，可以&a
int* p = &a;
int* p = &42;//42是右值，无法取地址

二师兄：一般左值存在内存中，而右值存在寄存器中。

int a = 42, b = 1024;
decltype(a+b);//类型为右值，a+b返回的值存在寄存器中
decltype(a+=b);//类型为左值，a+=b返回的值存储在内存中

二师兄：严格意义上分，右值分为纯右值（pvalue）和将亡值（xvalue）。C++中，除了右值剩余的就是左值。

42;//纯右值
int a = 1024;
std::move(a);//将亡值

面试官：C++98/03中已经有了左值，为什么还要增加右值的概念？

二师兄：主要是为了效率。特别是STL中的容器，当需要把容器当作参数传入函数时：

void function(std::vector<int> vi2)
{
    vi2.push_back(6);
    for(auto& i: vi2) { std:: cout < i << " " ;}
    std::cout << std::endl;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    std::vector<int> vi1{1,2,3,4,5};
    function(vi1);
    return 0;
}

二师兄：当我们要把vi1传入函数时，在C++98/03时只能通过拷贝构造函数，把vi1中所有的元素全部拷贝一份给vi2，拷贝完成之后，当function函数返回时，vi2被析构，然后vi1被析构。

二师兄：在C++11及之后，我们可以通过std::move()把vi1强制转为右值，此时在初始化vi2时执行的不是拷贝构造而是移动构造：

void function(std::vector<int>&& vi2)
{
    vi2.push_back(6);
    for(auto& i: vi2) { std:: cout < i << " " ;}
    std::cout << std::endl;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
    std::vector<int> vi1{1,2,3,4,5};
    function(std::move(vi1));
    return 0;
}

二师兄：这里只进行了一次构造。一次移动（当元素特别多时，移动的成本相对于拷贝基本可以忽略不记），一次析构。效率得到很大的提升。

二师兄：当然，移动过后的变量已经不能再使用（身体被掏空），在std::move(vi1)之后使用vi1是未定义行为。

面试官：好的。那你知道移动构造是如何实现的吗？

二师兄：移动构造是通过移动构造函数实现的，当类有资源需要管理时，拷贝构造会把资源复制一份，而移动构造偷走了原对象的资源。

struct Foo
{
    int* data_;
    //copy construct
    Foo(const Foo& oth)
    {
        data_ = new int(*oth.data_);
    }
    //move construct
    Foo(Foo&& oth) noexcept
    {
        data_ = oth.data_;//steal
        oth.data_ = nullptr;//set to null
    }
}

面试官：好的。你觉得移动构造函数的noexcept关键字能省略吗？为什么？

二师兄：应该不能吧，具体不清楚。

面试官：那你知道std::move是如何实现的吗？

二师兄：好像是static_cast实现的吧。

面试官：那你知道什么叫万能引用吗？

二师兄：万能引用主要用在模板中，模板参数是T，形参是T&&，此时可以传入任何类型的参数，所以称之为万能引用。

template<typename T>
void function(T&& t) { ...}

面试官：那你知道万能引用是如何实现的吗？

二师兄：不太清楚。。

面试官：完美转发知道吗？

二师兄：std::forward 吗，了解过一些，不太熟悉。

面试官：好的，回去等消息吧。

让我们来回顾以下二师兄今天的表现：

移动构造函数的noexcept关键字能省略吗？为什么？

这里尽量不要省略。如果省略，编译器会推断是否会抛出异常。如果移动构造函数可能会抛出异常，则编译器不会将其标记为noexcept。当编译器不标记为noexcept时，为了保证程序的正确性，编译器可能会采用拷贝构造的方式实现移动构造，从而导致效率降低。

需要注意的是，如果标记了noexcept但在移动时抛出了异常，则程序会调用std::terminate()函数来终止运行。

知道std::move是如何实现的吗？

这里的确是通过static_cast实现的，讲左值强行转换成右值，用来匹配移动语义而非拷贝。

template&lt;typename T&gt;
typename std::remove_reference&lt;T&gt;::type&amp;&amp; move(T&amp;&amp; t) { return static_cast&lt;typename std::remove_reference&lt;T&gt;::type&amp;&amp;&gt;(t);}

万能引用是如何实现的？

万能引用主要使用了引用折叠技术，

template<typename T>
void function(T&& t) { ...}

当T类型为左值时，&& & 被折叠为&，当T类型为右值时，&& &&被折叠称为&&。以下是折叠规则：

& &    -> &
& &&   -> &
&& &   -> &
&& &&  -> &&

完美转发知道吗？

当我们需要在function中传递t参数时，如何保证它的左值或右值语义呢？这时候完美转发就登场了：

template<typename T>
void function2(T&& t2) {}
template<typename T>
void function(T&& t) 
{
    function2(t);
}

当传入的参数t的类型时右值时，由于引用折叠还是右值，此时的t虽然时一个右值引用，但t本身却是一个左值！这里非常的不好理解。如果我们把t直接传入到function2，那么function2中的t2会被推导成左值，达不到我们的目标。如果在调用function2时传入std::move(t)，当t是右值时没有问题，但当t是左值时，把t移动到t2，t在外部不在能用。这也不符合我们的预期。此时std::forward闪亮登场！

template<typename T>
void function2(T&& t2) {}
template<typename T>
void function(T&& t) 
{
    function2(std::forward<T&&>(t));
}

std::forward使用了编译时多态（SFINAE）技术，使得当参数t是左值是和右值是匹配不同的实现，完成返回不同类型引用的目的。以下是标准库的实现：

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

好了，今日份面试到这里就结束了。二师兄的表现如何呢？预知后事如何，且听下回分解。

到此这篇关于C++面试八股文之左值与右值的文章就介绍到这了,更多相关C++左值右值内容请搜索软件开发网以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持软件开发网！

左值与右值 c+ 面试 C++

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