lvalue和rvalue、传值和传引用、木桶

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在ddj上看到一篇文章，针对初学者，不过我觉得还是有一定的难度的。本来想翻译过来，想想工作量会非常大，干脆结合自己的知识，总结几句。有兴趣的话可以参考原文“Computer Programming and Precise Terminology”。文中阐述了定义和声明的区别，写得很精彩，让大家了解了一些internals。由于我写过一篇相关的文章，因此这里不再啰嗦，想看的话可以参考“[原]C/C++：如何理解复杂的声明”。

lvalue和rvalue
在计算机的远古时代，变量的lvalue和rvalue是指：
lvalue：变量在内存中的位置。通过它能够找到内存中存放的变量（location value）；
rvalue：存放在lvalue对应的内存中的东西（register value）；

变量的lvalue的存在表明有存储空间，然而其rvalue并没有对应存储空间，它只是那片存储空间对应的值。如果不考虑类型的话，那个就是一个1和0的序列。

好了，我们来看看：

// Allocate 4 bytes on stack and set content to 10. int i = 10;

例1

i的lvalue和rvalue如下（假定i在内存中的地址为0x1000）：
  　ｌｖａｌｕｅ　　　　　　　　ｒｖａｌｕｅ
 　 －－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－
  　｜０ｘ１０００｜　　　　　　｜　１０　　｜
  　－－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－
－〉｜字长　　　　｜＜－　　－＞｜ｉｎｔ　　｜＜－

图1 i的lvalue和rvalue

对于：

// Allocate a machine word on stack and set content to NULL. int *p = NULL; // Allocate 4 bytes on heap and set content to 10, then set p's rvalue to the start address of these bytes. p = new int(10);

例2

p的lvalue、rvalue以及真正的值如下（假定p的地址为0x1008）：
　　ｌｖａｌｕｅ　　　　　　　　ｒｖａｌｕｅ
　　－－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－
　　｜０ｘ１００８｜　　　　　　｜０ｘ５０００｜　　　　　　｜　１０　　｜
　　－－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－
－〉｜字长　　　　｜＜－　　－＞｜　字长　　　｜＜－　　－＞｜ｉｎｔ　　｜＜－

图2 p的lvalue和rvalue

　　ｌｖａｌｕｅ　　　　　　　　ｒｖａｌｕｅ
　　－－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－
　　｜０ｘ５０００｜　　　　　　｜　１０　　｜
　　－－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－
－＞｜　字长　　　｜＜－　　－＞｜ｉｎｔ　　｜＜－

图3 *p的lvalue和rvalue

传值和传引用
一个引用变量只能有取两种值的rvalue：NULL和内存地址。在传值时传递的是rvalue，传引用则传递lvalue。也就是说：

int foo(int i); int main() {     int i = 10;     return foo(i); }

这段代码中，foo()采用传值方式来传递参数。也就是说i的lvalue并没有被传递到foo()中。相反，在foo()的栈上会生成一个隐藏变量，并将i的rvalue，10，拷贝到其中——这是因为，如果没有该变量的lvalue，那么i的rvalue就没有存放的地方。这样，无论在foo()中对这个变量做任何修改都不会影响到i。如果要将foo()中i的修改反映到main()中，那就要采用传引用方式：

int foo(int *i); int main() {     int i = 10;     return foo(&i); }

此时，&i表示的是传递i的lvalue。因此就不需要新建一个变量来存放该i的rvalue，相当于foo()直接访问main()中的i变量。这样就能够通过foo()来修改i的rvalue（参考图1）。

那么，如果我要修改例2中p的rvalue——使指针指向另一块内存——也是同样的道理：

int foo(int & *i); // Or: int foo(int **i); // But in c++ we prefer the first one. int main() {     int *p = NULL;     p = new int(10);     return foo(p);     delete p; }

此时根据foo()的signature，p的引用被传递。也就是说，p的lvalue被传递进去，那么修改p的rvalue时就能使p指向另一块内存（参考图2）。

不光有些变量同时具有lvalue和rvalue，表达式也可能同时具有lvalue和rvalue。在传递参数时需要显式指定使用lvalue或rvalue，除此之外，要判断使用的是表达式的lvalue还是rvalue，需要根据context来判定。参考“数组类型、函数类型到左值和右值的转换”，在这里有些争论，不过现在完全同意这篇文章关于l/rvalue的观点了。

木桶
对于表达式的lvalue来说，它的size是固定的——机器字长。而对于其rvalue来说就不是了。因此不能把两个不同类型的变量相互赋值。一定要这样做的话就需要使用类型转换。这就好比有很多木桶，每个木桶的编号长度都是固定的，但大小不一样。如果将小木桶里的水倒入大木桶中自然没有问题，但要反过来就会有问题，可能会导致信息丢失。

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