C++中关于左值和右值的讨论

左值性（lvalueness）在C/C++中是表达式的一个重要属性。只有通过一个左值表达式才能来引用及更改一个对象（object）的值。（某些情况下，右值表达式也能引用（refer）到某一个对象，并且可能间接修改该对象的值，后述）。

何谓对象？如果没有明确说明，这里说的对象，和狭义的类/对象（class/object）相比，更为广泛。在C/C++中，所谓的对象指的是执行环境中一块存储区域（a region of storage），该存储区域中的内容则代表（represent）了该对象的值（value）。注意到我们这里所说的"代表"，对于一个对象，如果我们需要取出（fetch）它的值，那么我们需要通过一定的类型（type）来引用它。使用不同的类型，对同一对象中的内容的解释会导致可能得到不同的值，或者产生某些未定义的行为。

在介绍左值之前，我们还需要引入一个概念：变量（variable）。经常有人会把变量与对象二者混淆。什么叫变量？所谓变量是一种声明，通过声明，我们把一个名字（name）与一个对象对应起来，当我们使用该名字时，就表示了我们对该对象进行某种操作。但是并不是每个对象都有名字，也并不意味着有对应的变量。比如临时对象（temporary object）就没有一个名字与之关联（不要误称为临时变量，这是不正确的说法）。

1 C中的左值

1.1按照C的定义，左值是一个引用到对象的表达式，通过左值我们可以取出该对象的值。通过可修改的左值表达式（modifiable lvalue）我们还可以修改该对象的值。（需要说明的是，在C++中，左值还可以引用到函数，即表达式f如果引用的是函数类型，那么在C中它既不是左值也不是右值；而在C++中则是左值）。因为左值引用到某一对象，因此我们使用&对左值表达式（也只能对左值表达式和函数）取址运算时，可以获得该对象的地址（有两种左值表达式不能取址，一是具有位域（ bit-field ）类型，因为实现中最小寻址单位是 byte；另一个是具有register指定符，使用register修饰的变量编译器可能会优化到寄存器中）。

Ex1.1
char a[10]; // a is an lvalue representing an array of 10 ints.
char (* p)[10]=&a; // &a is the address of the array a.
const char* p="hello world"; //"hello world" is an lvalue of type char[12]
//in C, type const char[12] in C++.
char (*p)[12]=&"hello world";

struct S{ int a:2; int b: 8; };
struct S t;
int* p=&t.a; //error. t.a is an lvalue of bitfield.

register int i;
int * p=&i; //error. i is an lvalue of register type.
int a, b;
int * p=& (a+b); //error. a+b is not an lvalue.

1.2假设expr1是一个指向某对象类型或未完整类型（incomplete type，即该类型的布局和大小未知）的指针，那么我们可以断言*expr1一定是个左值表达式，因为按照*运算符的定义，*expr1表示引用到expr1所指向的对象。如果expr1是个简单的名字，该名字代表一个变量。

同样的，该表达式也是个左值，因为他代表的是该变量对应的对象。对于下标运算符，我们一样可以做出同样的结论，因为expr1[expr2]总是恒等于*（（ expr1 ）+ expr2 ），那么p->member，同样也是一个左值表达式。然而对于expr1.expr2，则我们不能断定就是个左值表达式。因为expr1可能不是左值。

需要特别说明的是，左值性只是表达式的静态属性，当我们说一个表达式是左值的时候，并不意味着它一定引用到某一个有效存在的对象。int *p； *p是左值表达式，然而这里对*p所引用的对象进行读写的结果将可能是未定义的行为。

Ex1.2
extern struct A a;
struct A* p2= &a;

a是个左值表达式，因而可以进行&运算，然而此时stru A仍然没有完整。

//In C++
extern class A a;
A & r=a;// OK. Refers to a, though a with an incomplete type.

1.3可修改的左值

在语义上需要修改左值对应的对象的表达式中，左值必须是一个可修改的左值。比如赋值（包括复合赋值）表达式中的左操作数，必须是一个可修改的左值表达式；自增/减运算符的操作数等。

Ex1.3
      const int a[2], i; //NOTE: a unintialized. legal in C, illegal in C++.
      i++; //error, i is an lvalue of type const int.
      a[0]--;//error, a[0] is an lvalue of const int.

1.4右值与左值相对应的另一个概念是右值（rvalue）。在C中，右值也用表达式的值（value of the expression）来表达。即右值强调的不是表达式本身，而是该表达式运算后的结果。这个结果往往并不引用到某一对象，可以看成计算的中间结果；当然它也可能引用到某一对象，但是通过该右值表达式我们不能直接修改该对象。

1.4.1右值的存储位置

Ex1.4

int i；

i=10；

10在这里是一个右值表达式，上句执行的语义是用整型常量10的值修改i所引用的对象。

从汇编语言上看，上述语句可能被翻译成：

mov addr_of_i，10；

10这个值被硬编码到机器指令中；

右值也可以存储在寄存器中：

int i，j，k；

k=i+j；

i+j表达式是个右值，该右值可能存储在寄存器中。

mov eax, dword ptr[addr_of_i];
mov ebx, dword ptr[addr_of_j];
add eax, ebx;
mov dword ptr[addr_of_k], eax;

在这里，i+j表达式的结果在eax中，这个结果就是i+j表达式的值，它并不引用到某一对象

某些情况下，一个右值表达式可能也引用到一个对象。

struct S{ char c[2];};
struct S f(void);

void g()
{
f().i;
f().c[1]; // (*)
}

f（）表达式是个函数调用，该表达式的类型是f的返回类型struct S，f（）表达式为右值表达式，但是在这里往往对应着一个对象，因为这里函数的返回值是一个结构，如果不对应着一个对象（一片存储区域），用寄存器几乎不能胜任，而且[]操作符语义上又要求一定引用到对象。

右值虽然可能引用到对象，然而需要说明的是，在右值表达式中，是否引用到对象及引用得对象的生存期往往并不是程序员所能控制。

1.4.2为什么需要右值？右值表示一个表达式运算后的值，这个值存储的地方并没有指定；当我们需要一个表达式运算后的值时，即我们需要右值。比如在赋值运算时，a=b；我们需要用表达式b的值，来修改a所代表的对象。如果b是个左值表达式，那么我们必须从b所代表的对象中取出（fetch）该对象的值，然后利用该值来修改a代表的对象。这个取出过程，实际上就是一个由左值转换到右值的过程。这个过程，C中没有明确表述；但在C++中，被明确归纳为标准转换之一，左值到右值转换（lvalue-to-rvalue conversion）。回头看看上面的代码，i+j表达式中，+运算符要求其左右操作数都是右值。行1和2，就是取出左值表达式i，j的对应的对象的值的过程。这个过程，就是lvalue-to-rvalue conversion.i+j本身就是右值，这里不需要执行lvalue-to-rvalue conversion，直接将该右值赋值给k.

1.4.3右值的类型右值表达式的类型是什么？在C中，右值总是cv-unqualified的类型。因为我们对于右值，即使其对应着某个对象，我们也无从或不允许修改它。而在C++中，对于built-in类型的右值，一样是cv-unqualified，但是类类型（class type）的右值，因为C++允许间接修改其对应的对象，因此右值表达式与左值一样同样有cv-qualified的性质。（详细见后）

Ex1.5
void f(int);
void g()
{
   const int i;
   f(i); //OK. i is an lvalue.After an lvalue-to-rvalue conversion, the rvalue's
                                 //type is int.
}

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