何时使用 std::forward 转发参数？

Question

C++0x 显示了使用 std::forward 的示例：

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

什么时候总是使用 std::forward 有利？

另外，它要求在参数声明中使用 && ，它在所有情况下都有效吗？我认为如果函数是用 && 声明的，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，如果我有一个像这样的函数调用：

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

我应该使用这个来代替：

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

另外，如果在函数中使用参数两次，即同时转发到两个函数，那么使用 std:: 是否明智？转发？ std::forward 是否会将同一事物两次转换为临时变量，从而移动内存并使其在第二次使用时无效？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 std::forward 有点困惑，我很乐意进行一些清理。

Answer 1

像第一个示例一样使用它：

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 引用折叠规则：如果 T = U&，则 T&& = U&，但如果 T = U&&，则 T&& = U&&，因此您始终会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 （因为它现在有了名称！）返回到右值引用（如果它最初是右值引用）。

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一直移动到最终调用者，一旦移动，它就消失了，因此您不能再次使用它（以您可能想要的方式）。

Answer 2

Kerrek的回答非常有用，但它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，我们首先应该引入一个概念 通用参考。斯科特·迈耶斯（Scott Meyers）给出了这个名字，现在它们通常被称为转发参考。基本上，当您看到类似这样的内容时：

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

请记住，param 不是右值引用（人们可能会想得出这样的结论），而是通用引用*。通用引用的特点是非常受限制的形式（只有 T&&，没有 const 或类似的限定符）和类型推导 - 类型 T 将在调用 f 时推导。简而言之，通用引用对应于右值引用，如果它们是用
右值，以及左值引用（如果它们是用左值初始化的）。

现在回答最初的问题相对容易 - 将 std::forward 应用于：

• 上次在函数中使用时的通用引用
• 从按值返回的函数返回的通用

引用 的示例第一种情况：

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(..) 完成后有一些未知的值，因此这里不会发生转发。然而，当调用 bar 时，我们会在完成后转发 prop，并且 bar 可以用它做任何它想做的事情（例如移动它）。

第二种情况的示例：

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

如果它是右值，则此函数模板应将 prop 移动到返回值中，如果它是左值，则应复制它。如果我们在最后省略了 std::forward，我们总是会创建一个副本，当 prop 恰好是右值时，它的成本会更高。

^{*准确地说，通用引用是对 cv 不合格模板参数进行右值引用的概念。}

Answer 3

这个例子有帮助吗？我努力寻找 std::forward 的有用的非通用示例，但偶然发现了我们传递的银行帐户的示例
作为参数存入的现金。

因此，如果我们有一个帐户的 const 版本，当我们将其传递给我们的存款模板时，我们应该期望它会发生变化。调用 const 函数；然后抛出一个异常（这个想法是这是一个锁定的帐户！）

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