右值參考、移動語意與完美轉發練習題 (Practice - Rvalue References, Move Semantics, and Perfect Forwarding)

std::move 不搬移任何東西：它只是把引數無條件 static_cast 成 rvalue（更貼切的名字是 rvalue_cast）；std::forward 則是條件式 cast——只有當引數當初以 rvalue 初始化時才轉成 rvalue。
兩者在執行期都不做任何事，不產生任何可執行碼；真正的搬移由之後被選中的 move 建構子／move 賦值運算子完成。

std::move(text) 的結果是 const std::string 型別的 rvalue：它無法綁定 move ctor 的 string&&（non-const），卻能綁定 copy ctor 的 const string&（lvalue-reference-to-const 可綁 const rvalue），因此靜默呼叫 copy 建構子。
這是刻意設計：move 會修改來源物件，語言不允許 const 物件被傳給可能修改它的函式（const-correctness）。
修正：把參數的 const 拿掉（explicit Annotationstring text）——想被搬移的物件不要宣告成 const。

兩個條件缺一不可：(1) 發生型別推導（函式模板參數或 auto&&）；(2) 宣告形式恰好是 T&&（type&&，不能有任何額外修飾）。
反例：void f(Widget&& param) 無型別推導 → rvalue reference；template<typename T> void fvector<T>&& param) 形式不是精確 T&& → rvalue reference；template<typename T> void f(const T&& param 多了 const → rvalue reference。
universal reference 的最終身分由初始器決定：lvalue 初始化 → 表現為 lvalue reference；rvalue 初始化 → 表現為 rvalue reference。

關鍵在呼叫時是否發生型別推導。push_back 的 T 在 vector<Widget> 實體化時早已固定（實體化後簽名就是 push_back(Widget&&)），呼叫時無推導 → rvalue reference。
emplace_back 的 Args 是獨立於 T 的模板參數包，每次呼叫都要重新推導 → universal reference。
教訓：「身處模板中」不等於「有型別推導」；名稱也不必是 T，重點在形式與推導。

rhs 是 rvalue reference——一定綁到可移動物件，無條件用 std::move；newName 是 universal reference——可能綁到 lvalue，必須用有條件轉型的 std::forward<T>。
對 universal reference 用 std::move 是大忌：呼叫端傳入區域變數（lvalue）會被搬空、值變 unspecified。
多次使用時，只對最後一次使用套 std::move / std::forward，確保物件在用完前不被搬走（罕見情境需改用 std::move_if_noexcept，見 Item 14）。

RVO 成立的兩個條件：(1) 區域物件的型別與函式回傳型別相同；(2) return 的就是該區域物件本身。
return std::move(w) 回傳的是參考（cast 的結果）而非區域物件本身，違反條件 (2) → 排除 RVO，強制執行一次 move；原寫法 return w 則可能零 copy 零 move。
而且標準規定：RVO 條件成立但編譯器不做 copy elision 時，必須把回傳物件隱含視為 rvalue（等同自動套 std::move）——手寫 std::move 完全沒有好處，只會限制編譯器的最佳化選項。by-value 參數雖不適用 RVO，回傳時也會被隱含 move，同樣不要手寫。
對照：回傳綁定到 rvalue/universal reference 參數的物件時（如 operator+(Matrix&& lhs, ...)），才應該在 return 中套 std::move / std::forward。

universal reference 模板能對幾乎任何型別的引數實體化出 exact match，而重載決議中 exact match 勝過需要 promotion 或轉換的匹配，因此它會吸走遠多於預期的呼叫。
典型症狀：T&& 版與 int 版並存時，傳入 short／std::size_t 等會走模板版（exact match 勝過 short→int promotion），然後在深處爆出難懂的編譯錯誤。
結論（Item 26）：避免對 universal reference 重載；「幾乎任何型別」的少數例外是 Item 30 的轉發失敗案例。

p 是 non-const lvalue：模板可實體化出 Person(Person&)，是 exact match；copy ctor 需要幫 p 加上 const 才能匹配 → forwarding ctor 勝出，接著嘗試用 Person 初始化 std::string 成員 → 編譯錯誤。
cp 是 const lvalue：copy ctor Person(const Person&) 是 exact match，模板也能實體化出相同簽名，兩者平手——此時規則是 normal function 優先於模板實體化 → 呼叫 copy ctor，成功。
延伸：derived class（如 SpecialPerson）以慣用寫法實作 copy/move ctor 時，傳給 base 的引數型別是 SpecialPerson，會被 base 的 forwarding ctor 攔截（hijack），同樣編譯失敗。

五種方案：(1) 放棄重載（改函式名）；(2) pass by const T&；(3) pass by value；(4) tag dispatch；(5) std::enable_if 約束模板。
前三招為參數指定具體型別、不支援 perfect forwarding；後兩招保留 universal reference、支援 perfect forwarding。
constructor 情境：改名不可行（ctor 名稱固定）、tag dispatch 會被編譯器生成的 copy/move ctor 繞過，因此需要轉發時唯一可行解是 std::enable_if（背後機制是 SFINAE）；不需要轉發時 pass by value 也是好選擇。

第一層問題：以 lvalue 的 Person 呼叫時，T 被推導為 Person&，is_same<Person, Person&> 為 false → 條件擋不住。因此要先 std::decay_t<T> 剝除 reference 與 cv 限定再比較。
第二層問題：SpecialPerson 的 copy/move ctor 把 SpecialPerson 引數傳給 base，decay 後仍不是 Person → forwarding ctor 又被啟用且 exact match 勝過 derived-to-base 轉換。因此把 is_same 換成 std::is_base_of（is_base_of<T, T> 為 true，自身與衍生類一併排除）。
完整版還要 && !std::is_integral<std::remove_reference_t<T>>::value，讓整數引數改走 Person(int) 重載；並可加 static_assertstring, T>::value, ... 改善錯誤訊息（注意 std::decay 還會把陣列/函式型別退化為指標）。

使用者不能宣告（auto& & rx = x; 是編譯錯誤）；只有編譯器能在特定 context 產生 reference to reference 並塌縮。
規則：任一方是 lvalue reference（&）→ 結果是 lvalue reference；只有 && + && → rvalue reference。
四種 context：(1) template instantiation；(2) auto 型別生成；(3) typedef / alias declaration 的建立與使用；(4) decltype。
這也是 std::forward 的原理：lvalue 使 T 推導為 Widget&，static_cast<T&&> 塌縮成 Widget&（不轉型）；rvalue 使 T = Widget，cast 成 Widget&&（轉成 rvalue）。

不存在：未為 C++11 改寫的型別沒有 move；宣告了 copy 操作或解構子的 class 也不會自動生成 move（Item 17）——std::move 之後默默呼叫 copy，無警告。
不便宜：std::array 資料存在物件內，move 是線性時間 O(n)（對比 std::vector 搬指標 O(1)）；SSO 之下的短 std::string 存在內部緩衝區，move 不比 copy 快。
不會被使用：需要 strong exception safety guarantee 的操作（如 vector 擴容），move 未宣告 noexcept 時編譯器被迫用 copy。
另外 move 來源幾乎必須是 rvalue。但型別已知且特性穩定時不必假設——直接查證該型別的 move 支援即可放心依賴。

統一定義：f(expr) 做一件事、fwd(expr) 做另一件事，即轉發失敗。兩種根本模式：(1) 模板型別推導失敗（編譯錯誤）；(2) 推導出「錯誤」型別（實體化失敗，或呼叫到與直接呼叫不同的多載）。
五大案例：braced initializers（non-deduced context）、0/NULL 當空指標（推導成 int）、僅宣告的整數 static const 資料成員（無定義 → 連結失敗）、多載函式名與模板名（名稱無型別可推導）、bitfields（非 const reference 不得繫結）。
emplace 系列與 make_shared / make_unique 都是 variadic 完美轉發函式，全數繼承這些失敗案例。

braced initializer：直接呼叫時編譯器看得到 f 的參數型別，可把 {1,2,3} 隱式轉換成暫時 std::vector<int>；經 fwd 則需先對引數推導型別，而 braced initializer 傳給非 std::initializer_list 模板參數屬 non-deduced context，禁止推導。修復：auto il = {1, 2, 3};（auto 推導為 std::initializer_list<int>）再 fwd(il)。
static const 成員：編譯器對其做 const propagation，宣告即可用值；但 fwd 的參數是 universal reference，傳 reference 形同取址，必須有真實記憶體 → 缺定義即連結失敗（部分實作不強制，但不可移植）。修復：在實作檔補上 const std::size_t Widget::MinVals;（不重複初始值）。