C++ 完美转发之 std::forward
2025-03-31 #C++

为什么需要完美转发？

在 C++11 之前，泛型函数在传递参数时无法保持参数的原始类型（左值或右值），导致额外的拷贝或移动操作。完美转发是一种高效传递参数的技术，能够保持参数的原始特性（左值传递左值，右值传递右值），避免额外的开销。

代码例子

注意，万能引用 = 右值引用 + 模板。如果没有模板，就是普通的右值引用。

未使用完美转发

下面的代码中，我们没有使用完美转发，而是直接将参数传递到了 process 函数中。

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#include <iostream>
using namespace std;

void process(int& x) { 
  cout << "Lvalue reference: " << x << endl; 
}

void process(int&& x) { 
  cout << "Rvalue reference: " << x << endl; 
}

template<typename T>
void forwardExample(T&& arg) {
  process(arg); // 注意：未使用完美转发
}

int main() {
  int a = 10;
  forwardExample(a);   // 传递左值 → 期望调用左值版本 process(int&)
  forwardExample(20);  // 传递右值 → 期望调用右值版本 process(int&&)
  return 0;
}

调用的结果，均调用了左值引用：

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Lvalue reference: 10
Lvalue reference: 20

我们明明传的是右值，结果两个函数间接调用 process 时最终都调用了左值的版本。这是因为 forwardExample(T&& arg) 到这一层时，arg 在 process 看来已经是一个有地址的变量，将其看成了左值。

使用完美转发

下面的代码中，我们使用了完美转发。

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template<typename T>
void forwardExample(T&& arg) {
  process(std::forward<T>(arg));  // 关键：std::forward 保持原始值类别
}

调用的结果完美符合了我们的期望，左值调用左值重载，右值调用右值重载：

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Lvalue reference: 10
Rvalue reference: 20

完美转发的实现原理

std::forward<T>(arg) 通过引用折叠和类型推导来保证传递原始的参数特性。

T 传递的类型 T&& 推导后 std::forward<T>(arg) 结果
int int&& 右值 int&&
int& int& && → int& 左值 int&
int&& int&& && → int&& 右值 int&&

实际上就是左值引用会污染，万能引用沾染上一个左值引用就变成左值引用了。

完美转发的应用场景

  1. 传递构造函数参数：有可能很多类的构造函数有左值右值重载，std::forward 可以确保 arg 以最佳方式传递给构造函数。
  2. 传递函数参数：文中的例子。
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