c++中的左值与右值

2022-02-19 06:25:09

转载自 http://www.cnblogs.com/catch/p/3500678.html

左值 (lvalue)和右值 (rvalue) 是 c/c++ 中一个比较晦涩基础的概念，有的人可能甚至没有听过，但这个概念到了 c++11 后却变得十分重要，它们是理解 move, forward 等新语义的基础。

左值右值的定义

左值与右值这两概念是从 c 中传承而来的，在 c 中，左值指的是既能够出现在等号左边也能出现在等号右边的变量(或表达式)，右值指的则是只能出现在等号右边的变量(或表达式).

int a;
int b;

a = 3;
b = 4;
a = b;
b = a;

// 以下写法不合法。
= a;
a+b = 4;

在 c 语言中，通常来说有名字的变量就是左值(如上面例子中的 a, b)，而由运算操作(加减乘除，函数调用返回值等)所产生的中间结果(没有名字)就是右值，如上的 3 + 4， a + b 等。我们暂且可以认为：左值就是在程序中能够寻值的东西，右值就是没法取到它的地址的东西(不完全准确)，但如上概念到了 c++ 中，就变得稍有不同。

具体来说，在 c++ 中，每一个表达式都会产生一个左值，或者右值，相应的，该表达式也就被称作“左值表达式"， "右值表达式"。对于内置的基本数据类型来说(primitive types)，左值右值的概念和 c 没有太多不同，不同的地方在于自定义的类型，而且这种不同比较容易让人混淆:

1) 对于内置的类型，右值是不可被修改的(non-modifiable)，也不可被 const, volatile 所修饰(cv-qualitification ignored)

2) 对于自定义的类型(user-defined types)，右值却允许通过它的成员函数进行修改。

对于 1)，这和 C 是一致的，2) 却是 C++ 中所独有, 因此，如果你看到 C++ 中如下的写法，千万不要惊讶：

class cs
{
    public:
        cs(int i): i_(i)  { cout << "cs(" << i <<") constructor!" << endl; }
        ~cs() { cout << "cs destructor,i(" << i_ << ")" << endl; }

        cs& operator=(const cs& other)
        {
            i_ = other.i_;
            cout << "cs operator=()" << endl;
            return *this;
        }

        int get_i() const { return i_; }
        void change(int i)  { i_ = i; }

    private:
        int i_;
};

cs get_cs()
{
    static int i = 0;
    return cs(i++);
}

int main()
{
     // 合法
    (get_cs() = cs(2)).change(323);
    get_cs() = cs(2);// operator=()
    get_cs().change(32);

    return 0;
}

这个特性看起来多少有些奇怪，因为通常来说，自定义类型应该设计得和内置类型尽量一样(所谓 value type)，但这个特性却有意无意使得自定义类型特殊化了。对此，我们其实可以这样想，也许会好理解点：自定义类型允许有成员函数，而通过右值调用成员函数是被允许的，但成员函数有可能不是 const 类型，因此通过调用右值的成员函数，也就可能会修改了该右值，done!

左值引用，右值引用

关于右值，在 c++11 以前有一个十分值得关注的语言的特性：右值能被 const 类型的引用所指向，所以如下代码是合法的。

const cs& ref = get_cs();

而且准确地说，右值只能被 const 类型的 reference 所指向：

// error 
cs& ref = get_cs();

当一个右值被 const reference 指向时，它的生命周期就被延长了，这个用法我在前面一篇博客里讲到过它的相关应用。其中暗藏的逻辑其实就是：右值不能当成左值使用(但左值可以当成右值使用).

另外值得注意的是，对于前面提到的右值的两个特性：

1) 允许调用成员函数。

2) 只能被 const reference 指向。

它们导致了一些比较有意思的结果，比如：

void func(cs& c)
{
   cout << "c:" << c.get_i() << endl;
}

//error
func(get_cs());

//正确
func(get_cs() = get_cs());

其中: func(get_cs() = get_cs()); 能够被正常编译执行的原因就在于，cs 的成员函数 operator=() 返回的是 cs&！不允许非 const reference 引用 rvalue 并不是完美的，它事实上也引起了一些问题，比如说拷贝构造函数的接口不一致了，这是什么意思呢？

class cs
{
    public:      
        cs& operator=(const cs& c);
};

// 另一种写法
class cs2
{
    public:      
        cs2& operator=(cs2& c);
};

上面两种写法的不同之处就在于参数，一个是 const reference，一个是非 const。对于自定义类型的参数，通常来说，如果函数不需要修改传进来的参数，我们往往就按 const reference 的写法，但对于 copy constructor 来说，它经常是需要修改参数的值，比如 auto_ptr。

// 类似auto_ptr
class auto_ptr
{
   public:
       auto_ptr(auto_tr& p)
        {
             ptr_ = p.ptr_;
             p.ptr_ = NULL;
        }
   
    private:
         void*  ptr_;
};

所以，对于 auto_ptr 来说，它的 copy constructor 的参数类型是 non const reference。有些情况下，这种写法应该被鼓励，毕竟 non const reference 比 const reference 更能灵活应对各种情况，从而保持一致的接口类型，当然也有代价，参数的语义表达不准确了。除此更大的问题是如果拷贝构造函数写成这样子，却又对 rvalue 的使用带来了极大的不变，如前面所讲的例子，rvalue 不能被 non const reference 所引用，所以像 auto_ptr 的这样的类的 copy constructor 就不能接受 rvalue.

// 错误
auto_ptr p(get_ptr());

// operator=() 同理，错误。
auto_ptr p = get_ptr();

这也是 auto_ptr 很不好用的原因之一，为了解决这个问题，c++11 中引入了一种新的引用类型，该种引用是专门用来指向 rvalue 的，有了这种新类型，对 lvalue 和 rvalue 的引用就能明确区分开来了。

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左值右值的定义

左值引用，右值引用

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