Attention：this blog is a translation of https://www.internalpointers.com/post/understanding-meaning-lvalues-and-rvalues-c ,which is posted by @internalpoiners.

一、前言

一直以來，我都對C++中左值（lvalue）和右值（lvalue）的概念模糊不清。我認(rèn)為是時(shí)候好好理解他們了，因?yàn)檫@些概念隨著C++語言的進(jìn)化變得越來越重要。

二、左值和右值——一個(gè)友好的定義

首先，讓我們避開那些正式的定義。在C++中，一個(gè)左值是指向一個(gè)指定內(nèi)存的東西。另一方面，右值就是不指向任何地方的東西。通常來說，右值是暫時(shí)和短命的，而左值則活的很久，因?yàn)樗麄円宰兞康男问剑╲ariable）存在。我們可以將左值看作為容器（container）而將右值看做容器中的事物。如果容器消失了，容器中的事物也就自然就無法存在了。
讓我們現(xiàn)在來看一些例子：

int x = 666; //ok

在這里，666是一個(gè)右值。一個(gè)數(shù)字（從技術(shù)角度來說他是一個(gè)字面常量（literal constant））沒有指定的內(nèi)存地址，當(dāng)然在程序運(yùn)行時(shí)一些臨時(shí)的寄存器除外。在該例中，666被賦值（assign）給x，x是一個(gè)變量。一個(gè)變量有著具體（specific）的內(nèi)存位置，所以他是一個(gè)左值。C++中聲明一個(gè)賦值（assignment）需要一個(gè)左值作為它的左操作數(shù)（left operand）：這完全合法。
對于左值x，你可以做像這樣的操作：

int* y = &x;  //ok

在這里我通過取地址操作符&獲取了x的內(nèi)存地址并且把它放進(jìn)了y。&操作符需要一個(gè)左值并且產(chǎn)生了一個(gè)右值，這也是另一個(gè)完全合法的操作：在賦值操作符的左邊我們有一個(gè)左值（一個(gè)變量），在右邊我們使用取地址操作符產(chǎn)生的右值。
然而，我們不能這樣寫：

int y;
666 = y; //error!

可能上面的結(jié)論是顯而易見的，但是從技術(shù)上來說是因?yàn)?code>666是一個(gè)字面常量也就是一個(gè)右值，它沒有一個(gè)具體的內(nèi)存位置（memory location），所以我們會把y分配到一個(gè)不存在的地方。
下面是GCC給出的變異錯(cuò)誤提示：

error: lvalue required as left operand of assignment

賦值的左操作數(shù)需要一個(gè)左值，這里我們使用了一個(gè)右值666。
我們也不能這樣做：

int* y = &666;//   error~

GCC給出了以下錯(cuò)誤提示：

error: lvalue required as unary '&' operand`

&操作符需要一個(gè)左值作為操作數(shù)，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)左值才擁有地址。

三、返回左值和右值的函數(shù)

我們知道一個(gè)賦值的左操作數(shù)必須是一個(gè)左值，因此下面的這個(gè)函數(shù)肯定會拋出錯(cuò)誤：lvalue required as left operand of assignment

int setValue()
{
    return 6;
}

// ... somewhere in main() ...

setValue() = 3; // error!

錯(cuò)誤原因很清楚：setValue()返回了一個(gè)右值（一個(gè)臨時(shí)值6），他不能作為一個(gè)賦值的左操作數(shù)?，F(xiàn)在，我們看看如果函數(shù)返回一個(gè)左值，這樣的賦值會發(fā)生什么變化?？聪旅娴拇a片段（snippet）：

int global = 100;

int& setGlobal()
{
    return global;    
}

// ... somewhere in main() ...

setGlobal() = 400; // OK

該程序可以運(yùn)行，因?yàn)樵谶@里setGlobal()返回一個(gè)引用（reference），跟之前的setValue()不同。一個(gè)引用是指向一個(gè)已經(jīng)存在的內(nèi)存位置（global變量）的東西，因此它是一個(gè)左值，所以它能被賦值。注意這里的&：它不是取地址操作符，他定義了返回的類型（一個(gè)引用）。
可以從函數(shù)返回左值看上去有些隱晦，它在你做一些進(jìn)階的編程例如實(shí)現(xiàn)一些操作符的重載（implementing overload operators）時(shí)會很有作用，這些知識會在未來的章節(jié)中講述。

四、左值到右值的轉(zhuǎn)換

一個(gè)左值可以被轉(zhuǎn)換（convert）為右值，這完全合法且經(jīng)常發(fā)生。讓我們先用+操作符作為一個(gè)例子，根據(jù)C++的規(guī)范（specification），它使用兩個(gè)右值作為參數(shù)并返回一個(gè)右值（譯者按：可以將操作符理解為一個(gè)函數(shù)）。
讓我們看下面的代碼片段：

int x = 1;
int y = 3;
int z = x + y;   // ok

等一下，x和y是左值，但是加法操作符需要右值作為參數(shù)：發(fā)生了什么？答案很簡單：x和y經(jīng)歷了一個(gè)隱式（implicit）的左值到右值（lvalue-to-rvalue）的轉(zhuǎn)換。許多其他的操作符也有同樣的轉(zhuǎn)換——減法、加法、除法等等。

五、左值引用

相反呢？一個(gè)右值可以被轉(zhuǎn)化為左值嗎？不可以，它不是技術(shù)所限，而是C++編程語言就是那樣設(shè)計(jì)的。
在C++中，當(dāng)你做這樣的事：

int y = 10;
int& yref = y;
yref++;        // y is now 11

這里將yref聲明為類型int&：一個(gè)對y的引用，它被稱作左值引用（lvalue reference）。現(xiàn)在你可以開心地通過該引用改變y的值了。
我們知道，一個(gè)引用必須只想一個(gè)具體的內(nèi)存位置中的一個(gè)已經(jīng)存在的對象，即一個(gè)左值。這里y確實(shí)存在，所以代碼運(yùn)行完美。
現(xiàn)在，如果我縮短整個(gè)過程，嘗試將10直接賦值給我的引用，并且沒有任何對象持有該引用，將會發(fā)生什么？

int& yref = 10;  // will it work?

在右邊我們有一個(gè)臨時(shí)值，一個(gè)需要被存儲在一個(gè)左值中的右值。在左邊我們有一個(gè)引用（一個(gè)左值），他應(yīng)該指向一個(gè)已經(jīng)存在的對象。但是10 是一個(gè)數(shù)字常量（numeric constant），也就是一個(gè)左值，將它賦給引用與引用所表述的精神沖突。
如果你仔細(xì)想想，那就是被禁止的從右值到左值的轉(zhuǎn)換。一個(gè)volitile的數(shù)字常量（右值）如果想要被引用，需要先變成一個(gè)左值。如果那被允許，你就可以通過它的引用來改變數(shù)字常量的值。相當(dāng)沒有意義，不是嗎？更重要的是，一旦這些值不再存在這些引用該指向哪里呢？
下面的代碼片段同樣會發(fā)生錯(cuò)誤，原因跟剛才的一樣：

void fnc(int& x)
{
}

int main()
{
    fnc(10);  // Nope!
    // This works instead:
    // int x = 10;
    // fnc(x);
}

我將一個(gè)臨時(shí)值10傳入了一個(gè)需要引用作為參數(shù)的函數(shù)中，產(chǎn)生了將右值轉(zhuǎn)換為左值的錯(cuò)誤。這里有一個(gè)解決方法（workaround），創(chuàng)造一個(gè)臨時(shí)的變量來存儲右值，然后將變量傳入函數(shù)中（就像注釋中寫的那樣）。將一個(gè)數(shù)字傳入一個(gè)函數(shù)確實(shí)不太方便。

六、常量左值引用

先看看GCC對于之前兩個(gè)代碼片段給出的錯(cuò)誤提示：

error: invalid initialization of non-const reference of type 'int&' from an rvalue of type 'int'

GCC認(rèn)為引用不是const的，即一個(gè)常量。根據(jù)C++規(guī)范，你可以將一個(gè)const的左值綁定到一個(gè)右值上，所以下面的代碼可以成功運(yùn)行：

const int& ref = 10;  // OK!

當(dāng)然，下面的也是：

void fnc(const int& x)
{
}

int main()
{
    fnc(10);  // OK!
}

背后的道理是相當(dāng)直接的，字面常量10是volatile的并且會很快失效（expire），所以給他一個(gè)引用是沒什么意義的。如果我們讓引用本身變成常量引用，那樣的話該引用指向的值就不能被改變了。現(xiàn)在右值被修改的問題被很好地解決了。同樣，這不是一個(gè)技術(shù)限制，而是C ++人員為避免愚蠢麻煩所作的選擇。
應(yīng)用：C++中經(jīng)常通過常量引用來將值傳入函數(shù)中，這避免了不必要的臨時(shí)對象的創(chuàng)建和拷貝。
編譯器會為你創(chuàng)建一個(gè)隱藏的變量（即一個(gè)左值）來存儲初始的字面常量，然后將隱藏的變量綁定到你的引用上去。那跟我之前的一組代碼片段中手動完成的是一碼事，例如：

// the following...
const int& ref = 10;

// ... would translate to:
int __internal_unique_name = 10;
const int& ref = __internal_unique_name;

現(xiàn)在你的引用指向了真實(shí)存在的事物（知道它走出作用域外）并且你可以正常使用它，出克改變他指向的值。

const int& ref = 10;
std::cout << ref << "\n";   // OK!
std::cout << ++ref << "\n"; // error: increment of read-only reference ‘ref’

七、結(jié)論

理解左值和右值的含義讓我弄清楚了幾個(gè)C++內(nèi)在的工作方式。C++11進(jìn)一步推動了右值的限定，引入了右值引用（rvalue reference）和移動（move semantics）的概念。這些將在下一篇文章中介紹。