Lvalues 與 Rvalues

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前言

本文章是為了補充某大學某專業的程式設計課程而寫，因此内容可能較為淺薄，請讀者見諒。

什麽是 lvalue 與 rvalue

左值（lvalue）是 C 語言即存在的概念，與之相對的通常稱為右值（rvalue)，C 語言稱為非左值（non-lvalue）。而 C++ 在一定程度上也繼承了 C 語言對這一概念的闡述。

在 C 語言和 C++ 語言中，任何一個運算式（expression）都具有兩個屬性——型別（type）和值類別（value category）。而 lvalue 和 rvalue 就是運算式的值類別。因此，“lvalue”和“rvalue”都是運算式具有的屬性，所以我們說“lvalue”還是“rvalue”都是針對運算式而言的。一旦脫離了運算式，我們就無從討論“lvalue”與“rvalue”。這一點是尤其需要注意的。

我們先來窺探一下 lvalue 和 rvalue 名稱的由來。“lvalue”，最初的名稱由來是該運算式放在指派運算子的左邊，而“rvalue”是放在指派運算子的右邊。但是現在通過指派運算子左右判斷 l/rvalue 已經不準確了。有一種説法是，能夠取位址的運算式是 lvalue，不能取位址的運算式是 rvalue。但這種説法太過結果化，不能體現 lvalue 和 rvalue 的定義。

我們先來考慮 C 語言的定義。C 語言標準中的“lvalue”定義自 C89 起便沒有太大變化。C11 中是這樣定義的（ISO/IEC 9899: 2011）：

6.3.2.1 Lvalues, arrays, and function designators

An lvalue is an expression (with an object type other than void) that potentially designates an object.

對於 rvalue，C 語言標準并沒有給出明確定義，只是在該頁做了腳註：

69) … What is sometimes called ‘‘rvalue’’ is in this International Standard described as the ‘‘value of an expression’’.

通過以上定義可以看出，簡單但不嚴謹地說，作為“lvalue”，主要是指該運算式的評估結果是一個真正存在的“物件”，否則該運算式就是 rvalue。如果更加形象通俗一點地說，一個變數（注意 C 語言中沒有嚴格定義“變數”的概念，可以簡單將 C 語言的“變數”理解成“物件”，從而不影響這種表述也適用於 C 語言）可以看作是一個“盒子”，裏面裝著這個變數所儲存的“内容”。而“lvalue”則指的是該運算式的結果是這個“盒子”本身，而“rvalue”則指的是運算式的結果是“盒子”裏裝著的“内容”。

例如，int x = 5; 定義了一個變數 x，這個 x 就成為了一個“盒子”，裏面裝著“5”這樣一個“内容”。因此，我們可以對 x 進行指派等操作，例如指派運算式 x = 8; 中，= 左側的運算式 x 就是一個 lvalue 運算式，即該運算式的評估結果指的是 x 這個“盒子”，而非 x 裝的“内容” 5。而 8 則是一個 rvalue 運算式，因為我們并沒有構建任何的儲存 8 這個内容的“盒子”。

當然以上説法并不是完全準確，也是存在例外的。C 語言存在特別規定：

6.2.4 Storage durations of objects

A non-lvalue expression with structure or union type, where the structure or union contains a member with array type (including, recursively, members of all contained structures and unions) refers to an object with automatic storage duration and temporary lifetime. 36) Its lifetime begins when the expression is evaluated …

也就是説，在 C 語言中，如果一個 rvalue 運算式的類型是一個 struct 或 union，且該 struct 或 union 有陣列作為其成員，則該 rvalue 運算式在評估時會產生暫存對象。

一般來説，整數和浮點值的 literal 所直接構成的運算式是 rvalue，例如 5、3.14，等等；C 語言中函式呼叫運算式都是 rvalue，例如一個函式為 int func(void)，則 func() 運算式是 rvalue；類型轉換運算式都是 rvalue；算術運算式、邏輯運算式、指派運算式等一系列運算式都是 rvalue，等等。

C++98 則相對更加複雜，并且與 C 語言有很多不同。例如，C++98 中，指派運算式、複合指派運算式（諸如 x = 5、y += 3 等）都是 lvalue 運算式（指代被指派的物件）；對於函式呼叫運算式，若該函式的傳回值是一個左值參考，則是 lvalue 運算式。例如 int& func()，則運算式 func() 是 lvalue 運算式。（左值）參考是對一個真正存在的物件的參考，也就是對裝著值的“盒子”本身的參考。如此看來，它是一個 lvalue 也就理所當然了。

當然以上所述均有例外。例如在 C 和 C++ 中，字串常量（string literal），如 "Hello, world!"，被規定為 lvalue；在 C99 以後，複合常量（compound literal）都被規定為 lvalue，等等

lvalue 到 rvalue 轉換

（未完待續）

C++11

在 C++11 中，運算式的值的劃分發生了變化。一個運算式可以分為：lvalue、xvalue、prvalue。其中，lvalue 和 xvalue 合稱為 glvalue，xvalue 和 prvalue 合稱為 rvalue。

（未完待續）

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