了解C++11以来std::forward的实现

Question

（constexpr 和 noexcept 被忽略了，因为它们似乎与了解 std::forward 的行为方式无关。）

基于我对 Scott Meyers 的“Effective Modern C++”的理解， C++14 中std::move 的示例实现如下

template<typename T>
decltype(auto) move(T&& param) {
  return static_cast<remove_reference_t<T>&&>(param);
}

鉴于对转发（或“通用”）引用的解释，我认为这个实现对我来说非常清楚：

• 参数param 是T&& 类型，即右值引用或左值引用（无论参数的类型是什么），取决于调用者中参数是右值还是左值；换句话说，param 可以绑定到右值和左值（即 anything）；这是有意的，因为move 应该将 anything 转换为右值。
• decltype(auto) 只是根据实际的return 语句表达返回类型的简洁方式。
• 返回的对象是同一个对象param，被转换为一个右值引用（&&），无论T是什么类型，一旦其推导的引用被剥离（推导在T&&上完成，不在⋯<T>&&)。

简而言之，我对在move的实现中使用转发/通用引用的理解如下：

• 转发/通用引用T&& 用于参数，因为它旨在绑定到任何东西；
• 返回类型是一个右值引用，因为move 旨在将任何东西转换为右值。

很高兴知道我的理解到目前为止是否正确。

另一方面，std::forward 在 C++14 中的示例实现如下

template<typename T>
T&& forward(remove_reference_t<T>& param) {
  return static_cast<T&&>(param);
}

我的理解如下：

• T&&，返回类型， 必须是转发/通用引用，因为我们希望 forward 通过右值引用或左值引用返回，因此在此处的返回类型上进行类型推导（与发生的情况不同对于move，类型推导发生在参数端）是对传递给forward的模板类型参数的右值引用；
• 因为T 编码了实际参数的左值/右值特性，该参数绑定了作为参数传递给forward 的调用者参数，T 本身可能导致actual_type& 或actual_type，因此T&& 可以是左值引用或右值引用。
• param 的类型是对T 的任何类型的左值引用，一旦其推导引用被剥离。 Actually in std::forward type deduction is disabled on purpose, requiring that the template type argument be passed explicitly.

我的疑惑如下。

• forward 的两个实例（实际上，每个调用它的类型都有两个）仅在返回类型上有所不同（传递右值时的右值引用，传递左值时的左值引用），因为在两者中案例param 是对非const 无引用T 的左值引用。返回类型不是不计入重载决议的东西吗？ （也许我在这里不正确地使用了“过载”。）
• 既然param的类型是非const的左值引用到无引用T，并且因为左值引用必须是to-const才能绑定到右值，@987654365怎么能@绑定到右值？

作为一个附带问题：

• 可以将decltype(auto) 用作返回类型，就像move 一样？

Answer 1

forward本质上是一种在完美转发中保存价值类别的机制。

考虑一个简单的函数，它尝试透明地调用f 函数，尊重值类别。

template <class T>
decltype(auto) g(T&& arg)
{
    return f(arg);
}

这里的问题是表达式arg总是一个左值，不管arg是否是右值引用类型。这就是forward 派上用场的地方：

template <class T>
decltype(auto) g(T&& arg)
{
    return f(forward<T>(arg));
}

考虑std::forward的参考实现：

template <class T>
constexpr T&& forward(remove_reference_t<T>& t) noexcept
{
    return static_cast<T&&>(t);
}

template <class T>
constexpr T&& forward(remove_reference_t<T>&& t) noexcept
{
    static_assert(!std::is_lvalue_reference_v<T>);
    return static_cast<T&&>(t);
}

（这里可以使用decltype(auto)，因为推导出的类型永远是T&&。）

在以下所有情况下，都会调用第一个重载，因为表达式 arg 表示一个变量，因此是一个左值：

• 如果g 使用非常量左值调用，则T 被推断为非常量左值引用类型。 T&& 与T 相同，forward<T>(arg) 是非常量左值表达式。因此，f 使用非常量左值表达式调用。

• 如果 g 使用 const 左值调用，则 T 被推断为 const 左值引用类型。 T&& 与T 相同，forward<T>(arg) 是一个 const 左值表达式。因此，f 使用 const 左值表达式调用。

• 如果使用右值调用 g，则将 T 推断为非引用类型。 T&& 是右值引用类型，forward<T>(arg) 是右值表达式。因此，f 使用右值表达式调用。

在所有情况下，都尊重价值类别。

在正常的完美转发中不使用第二个重载。有关其用法，请参阅What is the purpose of std::forward()'s rvalue reference overload?。