右辺値参照宣言子: &&

[アーティクル]
06/09/2015

右辺値の式への参照を保持します。

type-id && cast-expression

解説

右辺値参照を使用すると、左辺値を右辺値と区別できます。左辺値参照と右辺値参照は構文的および意味的に似ていますが、従う規則が少し異なります。左辺値および右辺値の詳細については、「左辺値と右辺値」を参照してください。左辺値参照の詳細については、「左辺値参照宣言子: &」を参照してください。

ここからのセクションでは、右辺値参照がどのように移動セマンティクスと完全転送の実装をサポートするかについて説明します。

移動セマンティクス

右辺値参照は、アプリケーションのパフォーマンスを大幅に向上させることができる移動セマンティクスの実装をサポートします。移動セマンティクスにより、オブジェクト間でリソース (動的に割り当てられるメモリなど) を転送するコードを記述できます。移動セマンティクスが機能するのは、プログラム内の他の場所からは参照できない一時オブジェクトからリソースを転送できるようになるためです。

移動セマンティクスを実装する場合、通常はクラスに対して移動コンストラクターと、必要に応じて移動代入演算子 (operator=) を用意します。その後は、ソースが右辺値であるコピーおよび代入演算では、移動セマンティクスが自動的に利用されます。既定のコピーコンストラクターとは異なり、コンパイラは既定の移動コンストラクターを提供しません。移動コンストラクターの作成方法およびアプリケーションでの移動コンストラクターの使用方法の詳細については、「方法: 移動コンストラクターを記述する」を参照してください。

移動セマンティクスを活用するために、通常の関数と演算子をオーバーロードすることもできます。 Visual C++ 2010 では、標準テンプレートライブラリ (STL) に移動セマンティクスが導入されています。たとえば、string クラスは、移動セマンティクスを実行する操作を実装しています。複数の文字列を連結し、結果を出力する次の例を考えます。

// string_concatenation.cpp
// compile with: /EHsc
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

int main()
{
   string s = string("h") + "e" + "ll" + "o";
   cout << s << endl;
}

Visual C++ 2010 より前のバージョンでは、operator+ に対する各呼び出しは、新しい一時 string オブジェクト (右辺値) を割り当てて返します。 operator+ は、ソース文字列が左辺値であるか右辺値であるかわからないため、文字列を他の文字列に追加できません。ソース文字列が両方とも左辺値である場合、それらのソース文字列はプログラム内の他の場所で参照されている場合があるため、変更しないでください。右辺値の参照を使用すると、右辺値を受け取るように operator+ を変更することができ、この値はプログラムの別の場所では参照できません。そのため、operator+ は 1 つの文字列を別の文字列に追加できるようになります。これによって、string クラスが実行する必要がある動的メモリ割り当ての数を大幅に減らすことができます。 string クラスの詳細については、「basic_string クラス」を参照してください。

また、コンパイラが戻り値の最適化 (RVO) または名前付き戻り値の最適化 (NRVO) を使用できない場合に、移動セマンティクスが役立ちます。このような場合、型が移動コンストラクターを定義していれば、コンパイラはその移動コンストラクターを呼び出します。名前付き戻り値の最適化の詳細については、「Named Return Value Optimization in Visual C++ 2005 (Visual C++ 2005 の名前付き戻り値の最適化)」を参照してください。

移動セマンティクスをより深く理解するために、vector オブジェクトに要素を挿入する例について考えてみましょう。 vector オブジェクトの容量が超過した場合、vector オブジェクトは、挿入された要素の領域を作成するために、各要素にメモリを再割り当てして、別のメモリ位置に各要素をコピーする必要があります。挿入操作が要素をコピーするときは、新しい要素を作成し、コピーコンストラクターを呼び出して前の要素から新しい要素にデータをコピーした後、前の要素を破棄します。移動セマンティクスを使用すると、負荷の高いメモリ割り当てとコピー操作を実行する必要がなく、オブジェクトを直接移動できます。

vector の例で移動セマンティクスを利用するには、オブジェクト間でデータを移動する移動コンストラクターを記述します。

Visual C++ 2010 での STL への移動セマンティクスの導入については、「C++ 標準ライブラリリファレンス」を参照してください。

完全転送

完全転送により、オーバーロード関数の必要性が低くなり、転送の問題を回避できます。転送の問題が発生する可能性があるのは、ユーザーがパラメーターとして参照を受け取るジェネリック関数を書き、この関数がこれらのパラメーターを他の関数に渡す (転送する) 場合です。たとえば、ジェネリック関数が const T& 型のパラメーターを受け取る場合、呼び出される関数はそのパラメーターの値を変更できません。ジェネリック関数が T& 型のパラメーターを受け取る場合は、右辺値 (一時的なオブジェクトや整数リテラルなど) を使用して関数を呼び出すことはできません。

通常、この問題を解決するには、各パラメーターに T& と const T& の両方を受け取る、ジェネリック関数のオーバーロードされたバージョンを用意する必要があります。その結果、オーバーロードされた関数の数は、パラメーターの数と共に指数関数的に増加します。右辺値の参照を使用すると、1 つのバージョンの関数を作成し、任意の引数を受け取って別の関数に転送して、その関数が直接呼び出されたかのようにすることができます。

W、X、Y、および Z の 4 つの型を宣言する次の例を考えます。各型のコンストラクターは、const および非 const 左辺値参照の異なる組み合わせをパラメーターとして受け取ります。

struct W
{
   W(int&, int&) {}
};

struct X
{
   X(const int&, int&) {}
};

struct Y
{
   Y(int&, const int&) {}
};

struct Z
{
   Z(const int&, const int&) {}
};

オブジェクトを生成するジェネリック関数を記述するとします。次の例は、この関数を記述する方法の 1 つを示しています。

template <typename T, typename A1, typename A2>
T* factory(A1& a1, A2& a2)
{
   return new T(a1, a2);
}

次の例は、factory 関数への有効な呼び出しを示しています。

int a = 4, b = 5;
W* pw = factory<W>(a, b);

ただし、次の例には factory 関数の有効な呼び出しは含まれていません。factory はパラメーターとして変更可能な左辺値の参照を受け取りますが、右辺値を使用して呼び出されているためです。

Z* pz = factory<Z>(2, 2);

通常、この問題を解決するには、A& および const A& パラメーターの任意の組み合わせで、factory 関数のオーバーロードされたバージョンを作成する必要があります。右辺値参照を使用すると、次の例に示すように、1 つのバージョンの factory 関数を作成できます。

template <typename T, typename A1, typename A2>
T* factory(A1&& a1, A2&& a2)
{
   return new T(std::forward<A1>(a1), std::forward<A2>(a2));
}

この例では、factory 関数へのパラメーターとして、右辺値参照を使用しています。 std::forward 関数の目的は、factory 関数のパラメーターをテンプレートクラスのコンストラクターに転送することです。

次の例は、W、X、Y、および Z クラスのインスタンスを作成するために、変更済みの factory 関数を使用する main 関数を示します。変更された factory 関数は、そのパラメーター (左辺値または右辺値) を適切なクラスコンストラクターに転送します。

int main()
{
   int a = 4, b = 5;
   W* pw = factory<W>(a, b);
   X* px = factory<X>(2, b);
   Y* py = factory<Y>(a, 2);
   Z* pz = factory<Z>(2, 2);

   delete pw;
   delete px;
   delete py;
   delete pz;
}

右辺値参照の追加プロパティ

関数をオーバーロードして、左辺値参照と右辺値参照を受け取ることができます。

const の左辺値参照または右辺値参照を受け取るように関数をオーバーロードすることによって、変更できないオブジェクト (左辺値) と変更可能で一時的な値 (右辺値) を区別するコードを記述できます。オブジェクトが const としてマークされていない限り、右辺値参照を受け取る関数にオブジェクトを渡すことができます。次の例は、左辺値参照と右辺値参照を受け取るためにオーバーロードされた関数 f を示しています。 main 関数は、左辺値と右辺値の両方で f を呼び出します。

// reference-overload.cpp
// Compile with: /EHsc
#include <iostream>
using namespace std;

// A class that contains a memory resource.
class MemoryBlock
{
   // TODO: Add resources for the class here.
};

void f(const MemoryBlock&)
{
   cout << "In f(const MemoryBlock&). This version cannot modify the parameter." << endl;
}

void f(MemoryBlock&&)
{
   cout << "In f(MemoryBlock&&). This version can modify the parameter." << endl;
}

int main()
{
   MemoryBlock block;
   f(block);
   f(MemoryBlock());
}

この例を実行すると、次の出力が生成されます。

In f(const MemoryBlock&). This version cannot modify the parameter.
In f(MemoryBlock&&). This version can modify the parameter.

この例では、f の最初の呼び出しで、引数としてローカル変数 (左辺値) を渡します。 f の 2 番目の呼び出しでは、引数として一時オブジェクトを渡します。一時オブジェクトはプログラムの他の場所で参照できないため、呼び出しは右辺値の参照を受け取る、f のオーバーロードされたバージョンにバインドされます。そのため、オブジェクトは自由に変更できます。

コンパイラは、名前付きの右辺値参照を左辺値、名前のない右辺値参照を右辺値として処理します。

右辺値参照をパラメーターとして受け取る関数を記述すると、そのパラメーターは関数本体で左辺値として扱われます。名前付きオブジェクトはプログラムの複数の部分から参照できるため、コンパイラは名前付きの右辺値を左辺値として処理します。プログラムの複数の部分にオブジェクトリソースの変更または削除を許可することは危険です。たとえば、プログラム内の複数の部分で同じオブジェクトからリソースを転送しようとすると、リソースが正常に転送されるのは最初の部分だけです。

次の例は、左辺値参照と右辺値参照を受け取るためにオーバーロードされた関数 g を示しています。関数 f は右辺値参照をパラメーター (名前付きの右辺値参照) として受け取り、右辺値参照 (名前のない右辺値参照) を返します。 f からの g の呼び出しでは、f の本体がパラメーターを左辺値として処理するので、オーバーロードの解決は、左辺値参照を受け取る g のバージョンを選択します。 main からの g の呼び出しでは、f が右辺値参照を返すので、オーバーロードの解決は、右辺値参照を受け取る g のバージョンを選択します。

// named-reference.cpp
// Compile with: /EHsc
#include <iostream>
using namespace std;

// A class that contains a memory resource.
class MemoryBlock
{
   // TODO: Add resources for the class here.
};

void g(const MemoryBlock&) 
{
   cout << "In g(const MemoryBlock&)." << endl;
}

void g(MemoryBlock&&) 
{
   cout << "In g(MemoryBlock&&)." << endl;
}

MemoryBlock&& f(MemoryBlock&& block)
{
   g(block);
   return block;
}

int main()
{
   g(f(MemoryBlock()));
}

この例を実行すると、次の出力が生成されます。

In g(const MemoryBlock&).
In g(MemoryBlock&&).

この例では、main 関数は右辺値を f に渡します。 f の本体は、名前付きパラメーターを左辺値として処理します。 f からの g の呼び出しにより、パラメーターは左辺値参照 (g の最初のオーバーロードされたバージョン) にバインドされます。

左辺値は右辺値参照にキャストできます。

STL std::move 関数を使用すると、オブジェクトを、そのオブジェクトへの右辺値参照に変換することができます。または、次の例に示すように、static_cast キーワードを使用して、左辺値を右辺値参照にキャストできます。

// cast-reference.cpp
// Compile with: /EHsc
#include <iostream>
using namespace std;

// A class that contains a memory resource.
class MemoryBlock
{
   // TODO: Add resources for the class here.
};

void g(const MemoryBlock&) 
{
   cout << "In g(const MemoryBlock&)." << endl;
}

void g(MemoryBlock&&) 
{
   cout << "In g(MemoryBlock&&)." << endl;
}

int main()
{
   MemoryBlock block;
   g(block);
   g(static_cast<MemoryBlock&&>(block));
}

この例を実行すると、次の出力が生成されます。

In g(const MemoryBlock&).
In g(MemoryBlock&&).

関数テンプレートは、テンプレート引数の型を推測してから、参照縮小規則を使用します。

別の関数にパラメーターを渡す (転送する) 関数テンプレートを記述することは、よくあります。右辺値参照を受け取る関数テンプレートに対して、テンプレート型推論がどのように機能するかを理解しておくことは重要です。

関数の引数が右辺値の場合、コンパイラは引数が右辺値参照であると推測します。たとえば、パラメーターとして T&& 型を受け取るテンプレート関数に、X 型のオブジェクトへの右辺値参照を渡すと、テンプレート引数の推論は T が X であると推測します。したがって、パラメーターの型は X&& になります。関数の引数が左辺値または const 左辺値の場合、コンパイラはその型を左辺値参照またはその型の const 左辺値参照であると推測します。

次の例では、1 つの構造テンプレートを宣言し、それをさまざまな参照型に特化します。 print_type_and_value 関数は、パラメーターとして右辺値参照を取り、S::print メソッドの適切な特殊化バージョンにそれを転送します。 main 関数は S::print メソッドを呼び出すさまざまな方法を示します。

// template-type-deduction.cpp
// Compile with: /EHsc
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;

template<typename T> struct S;

// The following structures specialize S by 
// lvalue reference (T&), const lvalue reference (const T&), 
// rvalue reference (T&&), and const rvalue reference (const T&&).
// Each structure provides a print method that prints the type of 
// the structure and its parameter.

template<typename T> struct S<T&> {
   static void print(T& t)
   {
      cout << "print<T&>: " << t << endl;
   }
};

template<typename T> struct S<const T&> {
   static void print(const T& t)
   {
      cout << "print<const T&>: " << t << endl;
   }
};

template<typename T> struct S<T&&> {
   static void print(T&& t)
   {
      cout << "print<T&&>: " << t << endl;
   }
};

template<typename T> struct S<const T&&> {
   static void print(const T&& t)
   {
      cout << "print<const T&&>: " << t << endl;
   }
};

// This function forwards its parameter to a specialized
// version of the S type.
template <typename T> void print_type_and_value(T&& t) 
{
   S<T&&>::print(std::forward<T>(t));
}

// This function returns the constant string "fourth".
const string fourth() { return string("fourth"); }

int main()
{
   // The following call resolves to:
   // print_type_and_value<string&>(string& && t)
   // Which collapses to:
   // print_type_and_value<string&>(string& t)
   string s1("first");
   print_type_and_value(s1); 

   // The following call resolves to:
   // print_type_and_value<const string&>(const string& && t)
   // Which collapses to:
   // print_type_and_value<const string&>(const string& t)
   const string s2("second");
   print_type_and_value(s2);

   // The following call resolves to:
   // print_type_and_value<string&&>(string&& t)
   print_type_and_value(string("third"));

   // The following call resolves to:
   // print_type_and_value<const string&&>(const string&& t)
   print_type_and_value(fourth());
}

この例を実行すると、次の出力が生成されます。

print<T&>: first
print<const T&>: second
print<T&&>: third
print<const T&&>: fourth

print_type_and_value 関数の各呼び出しを解決するため、コンパイラは最初にテンプレート引数の推論を実行します。次に、コンパイラは、推測されたテンプレート引数にパラメーター型を置き換えるときに、参照縮小規則を適用します。たとえば、print_type_and_value 関数にローカル変数 s1 を渡すと、コンパイラで次の関数シグネチャが生成されます。

print_type_and_value<string&>(string& && t)

コンパイラは、参照縮小規則を使用して以下のようにシグネチャを減らします。

print_type_and_value<string&>(string& t)

このバージョンの print_type_and_value 関数は、S::print メソッドの正しい特化されたバージョンにパラメーターを転送します。

次の表は、テンプレートの引数の型を推論するときの参照縮小規則をまとめたものです。

展開された型	縮小された型
T& &	T&
T& &&	T&
T&& &	T&
T&& &&	T&&

テンプレート引数の推論は、完全転送を実装するうえでの重要な要素です。このトピックの前の方の「完全転送」のセクションでは、完全転送についてより詳細に説明しています。

まとめ

右辺値参照は、左辺値を右辺値と区別します。不要なメモリ割り当てとコピー操作の必要性をなくすことで、アプリケーションのパフォーマンスを向上させることができます。任意の引数を受け取って別の関数に転送し、他の関数が直接呼び出されたかのようにする、1 つのバージョンの関数を記述することもできます。

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右辺値参照宣言子: &&

解説

移動セマンティクス

完全転送

右辺値参照の追加プロパティ

まとめ

参照

処理手順

関連項目

その他の技術情報

その他のリソース