C++11 中的左值、右值和将亡值

C++98 中表达式值的类型只有左值和右值两种类型，可以取到地址的表达式就是左值，不是左值的值就是右值，而C++11中将表达式的值类型划分成了lvalue（左值）、rvalue（右值）、prvalue（纯右值）、xvalue（将亡值）、gvalue（泛左值） 5种。下文从基本概念并结合实际的例子区分C++11中的表达式值类型。

基本概念

表达式

• 表达式的定义
  定义： 由运算符(operator)和运算对象(operand)构成的计算式（类似于数学上的算术表达式）。
  举例： 字面值(literal)和变量(variable)是最简单的表达式，函数的返回值也被认为是表达式。

值类别

• 表达式是可求值的，对表达式求值将得到一个结果(result)。这个结果有两个属性：类型和值类别（value categories）。

• 在c++11以后，表达式按值类别分，必然属于以下三者之一：左值(left value,lvalue)，将亡值(expiring value,xvalue)，纯右值(pure rvalue,pralue)。其中，左值和将亡值合称泛左值(generalized lvalue,glvalue)，纯右值和将亡值合称右值(right value,rvalue)。见下图，

  
  
  

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• C++11中右值rvalue的概念包括两个部分：
  1. 将亡值(xvalue. expiring value)，xvalue是C++11新增的概念，与右值引用相关的表达式，如: 将要被移动的对象、T&&函数返回值、std::move返回值和转换为 T&&的类型的转换函数的返回值等；
  2. 纯右值(pvalue, pure right value)，如： 非引用返回的临时变量、运算表达式产生的临时变量、原始字面量和lambda表达式等属于pvalue；

注意：“左值”是表达式的结果的一种属性，但更为普遍地，通常用“左值”来指代左值表达式。所谓左值表达式，就是指求值结果的值类别为左值的表达式。在后文中，我们依然用左值指代左值表达式。对于纯右值和将亡值，亦然。

左值、纯右值和将亡值的描述

左值

• 描述： 能够用&取地址的表达式是左值表达式。

一个区分左值和右值的便捷方法：看能不能对表达式取地址，若能，则为左值，若不能则为右值。所有的具名变量都是左值，而右值是不具名的。

• 举例：
  • 函数名和变量名
  • 返回左值引用的函数调用
  • 前置自增/自减运算符连接的表达式++i/--i
  • 由赋值运算符或复合赋值运算符连接的表达式(a=b、a+=b、a%=b）
  • 解引用表达式*p
  • 字符串字面值"abc"

纯右值

• 描述： 满足下列条件之一的：
  • 1）本身就是赤裸裸的、纯粹的字面值，如3、false；
  • 2）求值结果相当于字面值或是一个不具名的临时对象。
• 举例：
  • 除字符串字面值以外的字面值
  • 返回非引用类型的函数调用
  • 后置自增/自减运算符连接的表达式i++/i--
  • 算术表达式（a+b、a&b、a<
  • 逻辑表达式（a&&b、a||b、~a）
  • 比较表达式（a==b、a>=b、a
  • 取地址表达式（&a）

将亡值

• 描述： 在C++11之前的右值和C++11中的纯右值是等价的。C++11中的将亡值是随着右值引用的引入而新引入的。换言之，“将亡值”概念的产生，是由右值引用的产生而引起的，将亡值与右值引用息息相关。所谓的将亡值表达式，就是下列表达式：
  • 1）返回右值引用的函数的调用表达式
  • 2）转换为右值引用的转换函数的调用表达

在C++11中，用左值去初始化一个对象或为一个已有对象赋值时，会调用拷贝构造函数或拷贝赋值运算符来拷贝资源，而当用一个右值（包括纯右值和将亡值）来初始化或赋值时，会调用移动构造函数或移动赋值运算符来移动资源，从而避免拷贝，提高效率。当该右值完成初始化或赋值的任务时，它的资源已经移动给了被初始化者或被赋值者，同时该右值也将会马上被销毁（析构）。也就是说，当一个右值准备完成初始化或赋值任务时，它已经“将亡”了。这种右值常用来完成移动构造或移动赋值的特殊任务，扮演着“将亡”的角色，所以C++11给这类右值起了一个新的名字——将亡值。

• 举例：std::move()、tsatic_cast(x)（X是自定义的类，x是类对象，这两个函数常用来将左值强制转换成右值，从而使拷贝变成移动，提高效率。

C++11中值的类型总结

• 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

对比说明

情况1： ++i是左值，而i++是右值

• ++i对i加1后再赋给i，最终的返回值就是i，所以，++i的结果是具名的，名字就是i；
• 而对于i++而言，是先对i进行一次拷贝，将得到的副本作为返回结果，然后再对i加1，由于i++的结果是对i加1前i的一份拷贝，所以它是不具名的。假设自增前i的值是6，那么，++i得到的结果是7，这个7有个名字，就是i；而i++得到的结果是6，这个6是i加1前的一个副本，它没有名字，i不是它的名字，i的值此时也是7。
• 可见，++i和i++都达到了使i加1的目的，但两个表达式的结果不同。

情况2： 解引用表达式*p是左值，取地址表达式&a是纯右值

• &(p)一定是正确的，因为p得到的是p指向的实体，&(p)得到的就是这一实体的地址，正是p的值。由于&(p)的正确，所以*p是左值。
• 而对&a而言，得到的是a的地址，相当于unsigned int型的字面值，所以是纯右值。

情况3： a+b、a&&b、a==b都是纯右值

• a+b得到的是不具名的临时对象，而a&&b和a==b的结果非true即false，相当于字面值。

情况4： 字符串字面值是左值，而非字符串的字面量是纯右值

• 不是所有的字面值都是纯右值，字符串字面值是唯一例外。
• 早期C++将字符串字面值实现为char型数组，实实在在地为每个字符都分配了空间并且允许程序员对其进行操作，所以类似

  cout<<&("abc")<

情况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 被一个右值表达式初始化
      // 但是，t 本身是一个左值
  }
  

继续深入学习

C++11中的右值引用和移动语义

参考

• Value categories
• 话说C++中的左值、纯右值、将亡值
• What are rvalues, lvalues, xvalues, glvalues, and prvalues?
• Value categories