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C++左值和右值

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左值、右值


在C++11中所有的值必属于左值、右值两者之一,右值又可以细分为纯右值、将亡值。在C++11中可以取地址的、有名字的就是左值,反之,不能取地址的、没有名字的就是右值(将亡值或纯右值)。举个例子,int a = b+c, a 就是左值,其有变量名为a,通过&a可以获取该变量的地址;表达式b+c、函数int func()的返回值是右值,在其被赋值给某一变量前,我们不能通过变量名找到它,&(b+c)这样的操作则不会通过编译。





右值、将亡值


在理解C++11的右值前,先看看C++98中右值的概念:C++98中右值是纯右值,纯右值指的是临时变量值、不跟对象关联的字面量值。临时变量指的是非引用返回的函数返回值、表达式等,例如函数int func()的返回值,表达式a+b;不跟对象关联的字面量值,例如true,2,”C”等。





C++11对C++98中的右值进行了扩充。在C++11中右值又分为纯右值(prvalue,Pure Rvalue)和将亡值(xvalue,eXpiring Value)。其中纯右值的概念等同于我们在C++98标准中右值的概念,指的是临时变量和不跟对象关联的字面量值;将亡值则是C++11新增的跟右值引用相关的表达式,这样表达式通常是将要被移动的对象(移为他用),比如返回右值引用T&&的函数返回值、std::move的返回值,或者转换为T&&的类型转换函数的返回值。




将亡值可以理解为通过“盗取”其他变量内存空间的方式获取到的值。在确保其他变量不再被使用、或即将被销毁时,通过“盗取”的方式可以避免内存空间的释放和分配,能够延长变量值的生命期。


 C++中有“左值”、“右值”的概念,C++11以后,又有了“左值”、“纯右值”、“将亡值”的概念。关于这些概念,许多资料上都有介绍,本文在拾人牙慧的基础上又加入了一些自己的一些理解,同时提出了一些需要读者特别注意的地方,主要目的有二:


      1.尽可能地将这些概念介绍清楚。


      2.为后续介绍完美转发和移动语义做好铺垫。








正文








一、表达式








       要说清“三值”,首先要说清表达式。








       定义


            由运算符(operator)和运算对象(operand)①构成的计算式(类似于数学上的算术表达式)。


      举例


            字面值(literal)和变量(variable)是最简单的表达式,函数的返回值也被认为是表达式。








二、值类别








       表达式是可求值的,对表达式求值将得到一个结果(result)。这个结果有两个属性:类型和值类别(value categories)。下面我们将详细讨论表达式的值类别②。








       在c++11以后,表达式按值类别分,必然属于以下三者之一:左值(left value,lvalue),将亡值(expiring value,xvalue),纯右值(pure rvalue,pralue)。其中,左值和将亡值合称泛左值(generalized lvalue,glvalue),纯右值和将亡值合称右值(right value,rvalue)。见下图





      有一点需要说明,严格来讲,“左值”是表达式的结果的一种属性,但更为普遍地,我们通常用“左值”来指代左值表达式(正如上边一段中做的那样)。所谓左值表达式,就是指求值结果的值类别为左值的表达式。通常我们无需区分“左值”指的是前者还是后者,因为它们表达的是同一个意思,不会引起歧义。在后文中,我们依然用左值指代左值表达式。对于纯右值和将亡值,亦然。








三、详细说明





      事实上,无论是左值、将亡值还是纯右值,我们目前都没有一个精准的定义。它们事实上表征了表达式的属性,而这种属性的区别主要体现在使用上,如能否做运算符的左操作数、能否使用移动语义(关于移动语义,在下的后续文章中会详细介绍)等。因此,从实际应用出发,我们首先需要做到的是:给定一个表达式,能够正确地判断出它的值类别。为了使读者能够做到这一点,在下采取了一个实际的方式:先对各个值类别的特征加以描述,然后指出常见的表达式里边,哪些属于该类别。








左值





描述


     能够用&取地址的表达式是左值表达式。


举例


     函数名和变量名(实际上是函数指针③和具名变量,具名变量如std::cin、std::endl等)、返回左值引用的函数调用、前置自增/自减运算符连接的表达式++i/–i、由赋值运算符或复合赋值运算符连接的表达式(a=b、a+=b、a%=b)、解引用表达式*p、字符串字面值”abc”(关于这一点,后面会详细说明)等。








纯右值








描述


     满足下列条件之一:


     1)本身就是赤裸裸的、纯粹的字面值,如3、false;


     2)求值结果相当于字面值或是一个不具名的临时对象。


举例


      除字符串字面值以外的字面值、返回非引用类型的函数调用、后置自增/自减运算符连接的表达式i++/i–、算术表达式(a+b、a&b、a<=b、a







      下面从上面的例子中选取若干典型详细说明左值和纯右值的判断。








      1)++i是左值,i++是右值。


      前者,对i加1后再赋给i,最终的返回值就是i,所以,++i的结果是具名的,名字就是i;而对于i++而言,是先对i进行一次拷贝,将得到的副本作为返回结果,然后再对i加1,由于i++的结果是对i加1前i的一份拷贝,所以它是不具名的。假设自增前i的值是6,那么,++i得到的结果是7,这个7有个名字,就是i;而i++得到的结果是6,这个6是i加1前的一个副本,它没有名字,i不是它的名字,i的值此时也是7。可见,++i和i++都达到了使i加1的目的,但两个表达式的结果不同。








      2)解引用表达式*p是左值,取地址表达式&a是纯右值。


      &(*p)一定是正确的,因为*p得到的是p指向的实体,&(*p)得到的就是这一实体的地址,正是p的值。由于&(*p)的正确,所以*p是左值。而对&a而言,得到的是a的地址,相当于unsigned int型的字面值,所以是纯右值。








      3)a+b、a&&b、a==b都是纯右值


      a+b得到的是不具名的临时对象,而a&&b和a==b的结果非true即false,相当于字面值。








将亡值








描述


     在C++11之前的右值和C++11中的纯右值是等价的。C++11中的将亡值是随着右值引用④的引入而新引入的。换言之,“将亡值”概念的产生,是由右值引用的产生而引起的,将亡值与右值引用息息相关。所谓的将亡值表达式,就是下列表达式:


      1)返回右值引用的函数的调用表达式


      2)转换为右值引用的转换函数的调用表达式


      读者会问:这与“将亡”有什么关系?


      在C++11中,我们用左值去初始化一个对象或为一个已有对象赋值时,会调用拷贝构造函数或拷贝赋值运算符来拷贝资源(所谓资源,就是指new出来的东西),而当我们用一个右值(包括纯右值和将亡值)来初始化或赋值时,会调用移动构造函数或移动赋值运算符⑤来移动资源,从而避免拷贝,提高效率(关于这些知识,在后续文章讲移动语义时,会详细介绍)。当该右值完成初始化或赋值的任务时,它的资源已经移动给了被初始化者或被赋值者,同时该右值也将会马上被销毁(析构)。也就是说,当一个右值准备完成初始化或赋值任务时,它已经“将亡”了。而上面1)和2)两种表达式的结果都是不具名的右值引用,它们属于右值(关于“不具名的右值引用是右值”这一点,后面还会详细解释)。又因为


       1)这种右值是与C++11新生事物——“右值引用”相关的“新右值”


       2)这种右值常用来完成移动构造或移动赋值的特殊任务,扮演着“将亡”的角色


       所以C++11给这类右值起了一个新的名字——将亡值。


举例


       std::move()、tsatic_cast(x)(X是自定义的类,x是类对象,这两个函数常用来将左值强制转换成右值,从而使拷贝变成移动,提高效率,关于这些,后续文章中会详细介绍。)


附注


      事实上,将亡值不过是C++11提出的一块晦涩的语法糖。它与纯右值在功能上及其相似,如都不能做操作符的左操作数,都可以使用移动构造函数和移动赋值运算符。当一个纯右值来完成移动构造或移动赋值任务⑥时,其实它也具有“将亡”的特点。一般我们不必刻意区分一个右值到底是纯右值还是将亡值。  








      关于“三值”的大体介绍,就到此结束了。想要获知更加详细的内容,读者可以参考cppreference上的文章:


      http://naipc.uchicago.edu/2015/ref/cppreference/en/cpp/language/value_category.html (精简版)   


      和


      http://en.cppreference.com/w/cpp/language/value_category  (详细版)


      文章对“三值”进行了详细地讲述,同时讲出了将左值和将亡值合称泛左值的原因(这是本文未详细讨论的),如两者都可以使用多态,都可以隐式转换成纯右值,都可以是不完全类型(incomplete type)等。之所以不展开叙述,是因为在下实在举不出合适的代码来加以佐证。这里在下恳请各位读者不吝赐教。另外,关于文章(特别是详细版)中的一些观点,在下不敢苟同,篇幅原因,在下就不一一叙述了。








四、特别注意








       最后,关于“三值”,有些地方需要大家特别注意。








      1)字符串字面值是左值。








      不是所有的字面值都是纯右值,字符串字面值是唯一例外。


      早期C++将字符串字面值实现为char型数组,实实在在地为每个字符都分配了空间并且允许程序员对其进行操作,所以类似








cout<<&("abc")<

char *p_char=”abc”;//注意不是char *p_char=&(“abc”);


这样的代码都是可以编译通过的。


       注意上面代码中的注释,”abc”可以直接初始化指针p_char,p_char的值为字符串”abc”的首字符a的地址。而&(“abc”)被编译器编译为const的指向数组的指针const char (*) [4](之所以是4,是因为编译器会在”abc”后自动加上一个’\0’),它不能初始化char *类型,即使是const char *也不行。另外,对于char *p_char=”abc”;,在GCC编译器上,GCC4.9(C++14)及以前的版本会给出警告,在GCC5.3(C++14)及以后的版本则直接报错:ISO
C++ forbids converting a string constant to ‘char*’(ISO C++禁止string常量向char*转换)。但这并不影响“字符串字面值是左值”这一结论的正确性,因为cout<<&("abc")<







       2)具名的右值引用是左值,不具名的右值引用是右值。








      见下例(例一)








void foo(X&& x)


{


    X anotherX = x;


   //后面还可以访问x


 }


     上面X是自定义类,并且,其有一个指针成员p指向了在堆中分配的内存;参数x是X的右值引用。如果将x视为右值,那么,X anotherX=x;一句将调用X类的移动构造函数,而我们知道,这个移动构造函数的主要工作就是将x的p指针的值赋给anotherX的p指针,然后将x的p指针置为nullptr。(后续文章讲移动构造函数时会详细说明)。而在后面,我们还可以访问x,也就是可以访问x.p,而此时x.p已经变成了nullptr,这就可能发生意想不到的错误。  








 








      又如下例(例二)








复制代码


X& foo(X&& x)


{


     //对x进行一些操作


     return x;


}








//调用


foo(get_a_X());//get_a_X()是返回类X的右值引用的函数


复制代码


     上例中,foo的调用以右值(确切说是将亡值)get_a_X()为实参,调用类X的移动构造函数构造出形参x,然后在函数体内对x进行一些操作,最后return X,这样的代码很常见,也很符合我们的编写思路。注意foo函数的返回类型定义为X的引用,如果x为右值,那么,一个右值是不能绑定到左值引用上去的。 


      为避免这种情况的出现,C++规定:具名的右值引用是左值。这样一来,例一中X anotherX = x;一句将调用X的拷贝构造函数,执行后x不发生变化,继续访问x不会出问题;例二中,return x也将得到允许。


      例二中,get_a_X返回一个不具名右值引用,这个不具名右值引用的唯一作用就是初始化形参x,在后面的代码中,我们不会也无法访问这个不具名的右值引用。C++将其归为右值,是合理的,一方面,可以使用移动构造函数,提高效率;另一方面,这样做不会出问题。








      至此,关于“三值”的内容就全部介绍完了。








注释:








      ①只有当存在两个或两个以上的运算对象时才需要运算符连接,单独的运算对象也可以是表达式,例如上面提到的字面值和变量。


      ②确切说,是表达式的结果的值类别,但我们一般不刻意区分表达式和表达式的求值结果,所以这里称“表达式的值类别”。


      ③当我们将函数名作为一个值来使用时,该函数名自动转换为指向对应函数的指针。


      ④关于右值引用本身,没什么可说的,就是指可以绑定到右值上的引用,用”&&”表示,如int &&rra=6;。相比之下,与右值引用相关的一些主题,如移动语义、引用叠加、完美转发等,更值得我们深入探讨。这些内容,在下在后续文章中都会详细介绍。


      ⑤前提是该右值(如自定义的类X)有移动构造函数或移动赋值运算符可供调用(有时候是没有的,关于这些知识,后续文章在讲移动构造函数和移动赋值运算符时会详述)。


      ⑥在本文的例二中,如果将get_a_X()的返回值由X的右值引用改为X对象,则get_a_X()是纯右值表达式(如前所述,返回非引用类型的函数调用是纯右值),此时Foo(get_a_X());一句调用的仍然是类X的移动构造函数,这就是一个纯右值完成移动构造的例子。

http://www.cnblogs.com/zpcdbky/p/5275959.html

http://blog.csdn.net/hyman_yx/article/details/52044632

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