C++11 中的左值、右值和將亡值

C++98 中表達(dá)式值的類型只有左值和右值兩種類型,可以取到地址的表達(dá)式就是左值,不是左值的值就是右值,而C++11中將表達(dá)式的值類型劃分成了lvalue(左值)、rvalue(右值)、prvalue(純右值)、xvalue(將亡值)、gvalue(泛左值) 5種。下文從基本概念并結(jié)合實(shí)際的例子區(qū)分C++11中的表達(dá)式值類型。

基本概念

表達(dá)式

  • 表達(dá)式的定義
    定義: 由運(yùn)算符(operator)和運(yùn)算對象(operand)構(gòu)成的計算式(類似于數(shù)學(xué)上的算術(shù)表達(dá)式)。
    舉例: 字面值(literal)和變量(variable)是最簡單的表達(dá)式,函數(shù)的返回值也被認(rèn)為是表達(dá)式。

值類別

  • 表達(dá)式是可求值的,對表達(dá)式求值將得到一個結(jié)果(result)。這個結(jié)果有兩個屬性:類型和值類別(value categories)。
  • 在c++11以后,表達(dá)式按值類別分,必然屬于以下三者之一:左值(left value,lvalue),將亡值(expiring value,xvalue),純右值(pure rvalue,pralue)。其中,左值和將亡值合稱泛左值(generalized lvalue,glvalue),純右值和將亡值合稱右值(right value,rvalue)。見下圖,


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  • C++11中右值rvalue的概念包括兩個部分:
    1. 將亡值(xvalue. expiring value),xvalue是C++11新增的概念,與右值引用相關(guān)的表達(dá)式,如: 將要被移動的對象、T&&函數(shù)返回值、std::move返回值和轉(zhuǎn)換為 T&&的類型的轉(zhuǎn)換函數(shù)的返回值等;
    2. 純右值(pvalue, pure right value),如: 非引用返回的臨時變量、運(yùn)算表達(dá)式產(chǎn)生的臨時變量、原始字面量和lambda表達(dá)式等屬于pvalue;

注意:“左值”是表達(dá)式的結(jié)果的一種屬性,但更為普遍地,通常用“左值”來指代左值表達(dá)式。所謂左值表達(dá)式,就是指求值結(jié)果的值類別為左值的表達(dá)式。在后文中,我們依然用左值指代左值表達(dá)式。對于純右值和將亡值,亦然。

左值、純右值和將亡值的描述

左值

  • 描述: 能夠用&取地址的表達(dá)式是左值表達(dá)式。

一個區(qū)分左值和右值的便捷方法:看能不能對表達(dá)式取地址,若能,則為左值,若不能則為右值。所有的具名變量都是左值,而右值是不具名的。

  • 舉例:
    • 函數(shù)名和變量名
    • 返回左值引用的函數(shù)調(diào)用
    • 前置自增/自減運(yùn)算符連接的表達(dá)式++i/--i
    • 由賦值運(yùn)算符或復(fù)合賦值運(yùn)算符連接的表達(dá)式(a=b、a+=b、a%=b)
    • 解引用表達(dá)式*p
    • 字符串字面值"abc"

純右值

  • 描述: 滿足下列條件之一的:
    • 1)本身就是赤裸裸的、純粹的字面值,如3、false;
    • 2)求值結(jié)果相當(dāng)于字面值或是一個不具名的臨時對象。
  • 舉例:
    • 除字符串字面值以外的字面值
    • 返回非引用類型的函數(shù)調(diào)用
    • 后置自增/自減運(yùn)算符連接的表達(dá)式i++/i--
    • 算術(shù)表達(dá)式(a+b、a&b、a<<b)
    • 邏輯表達(dá)式(a&&b、a||b、~a)
    • 比較表達(dá)式(a==b、a>=b、a<b)
    • 取地址表達(dá)式(&a)

將亡值

  • 描述: 在C++11之前的右值和C++11中的純右值是等價的。C++11中的將亡值是隨著右值引用的引入而新引入的。換言之,“將亡值”概念的產(chǎn)生,是由右值引用的產(chǎn)生而引起的,將亡值與右值引用息息相關(guān)。所謂的將亡值表達(dá)式,就是下列表達(dá)式:
    • 1)返回右值引用的函數(shù)的調(diào)用表達(dá)式
    • 2)轉(zhuǎn)換為右值引用的轉(zhuǎn)換函數(shù)的調(diào)用表達(dá)

在C++11中,用左值去初始化一個對象或?yàn)橐粋€已有對象賦值時,會調(diào)用拷貝構(gòu)造函數(shù)或拷貝賦值運(yùn)算符來拷貝資源,而當(dāng)用一個右值(包括純右值和將亡值)來初始化或賦值時,會調(diào)用移動構(gòu)造函數(shù)或移動賦值運(yùn)算符來移動資源,從而避免拷貝,提高效率。當(dāng)該右值完成初始化或賦值的任務(wù)時,它的資源已經(jīng)移動給了被初始化者或被賦值者,同時該右值也將會馬上被銷毀(析構(gòu))。也就是說,當(dāng)一個右值準(zhǔn)備完成初始化或賦值任務(wù)時,它已經(jīng)“將亡”了。這種右值常用來完成移動構(gòu)造或移動賦值的特殊任務(wù),扮演著“將亡”的角色,所以C++11給這類右值起了一個新的名字——將亡值。

  • 舉例:std::move()、tsatic_cast<X&&>(x)(X是自定義的類,x是類對象,這兩個函數(shù)常用來將左值強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成右值,從而使拷貝變成移動,提高效率。

C++11中值的類型總結(jié)

  • gvalue: has identity
  • lvalue: has identity and can not be moved from
  • rvalue: can be moved from
  • xvalue: has identity and can be moved from
  • prvalue: does not have identity and can be moved from

對比說明

情況1: ++i是左值,而i++是右值

  • ++i對i加1后再賦給i,最終的返回值就是i,所以,++i的結(jié)果是具名的,名字就是i;
  • 而對于i++而言,是先對i進(jìn)行一次拷貝,將得到的副本作為返回結(jié)果,然后再對i加1,由于i++的結(jié)果是對i加1前i的一份拷貝,所以它是不具名的。假設(shè)自增前i的值是6,那么,++i得到的結(jié)果是7,這個7有個名字,就是i;而i++得到的結(jié)果是6,這個6是i加1前的一個副本,它沒有名字,i不是它的名字,i的值此時也是7。
  • 可見,++i和i++都達(dá)到了使i加1的目的,但兩個表達(dá)式的結(jié)果不同。

情況2: 解引用表達(dá)式*p是左值,取地址表達(dá)式&a是純右值

  • &(p)一定是正確的,因?yàn)?/em>p得到的是p指向的實(shí)體,&(p)得到的就是這一實(shí)體的地址,正是p的值。由于&(p)的正確,所以*p是左值。
  • 而對&a而言,得到的是a的地址,相當(dāng)于unsigned int型的字面值,所以是純右值。

情況3: a+b、a&&b、a==b都是純右值

  • a+b得到的是不具名的臨時對象,而a&&b和a==b的結(jié)果非true即false,相當(dāng)于字面值。

情況4: 字符串字面值是左值,而非字符串的字面量是純右值

  • 不是所有的字面值都是純右值,字符串字面值是唯一例外。
  • 早期C++將字符串字面值實(shí)現(xiàn)為char型數(shù)組,實(shí)實(shí)在在地為每個字符都分配了空間并且允許程序員對其進(jìn)行操作,所以類似
    cout<<&("abc")<<endl;
    char *p_char="abc";//注意不是char *p_char=&("abc");
    

情況5: 具名的右值引用是左值,不具名的右值引用是右值。

  • 如:
    void foo(int&& t) {
        // t 被一個右值表達(dá)式初始化
        // 但是,t 本身是一個左值
    }
    

繼續(xù)深入學(xué)習(xí)

C++11中的右值引用和移動語義

參考

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