左值与右值

左值（ lvalue ）和右值（ rvalue ）是编程中两个非常基本的概念，但是也非常容易让人误解，看了很多文章，自我感觉真正将这个问题讲的很透彻的文章还没有看见，所以自告奋勇来尝试一下。如果左值右值的概念不是非常清楚的话，它们迟早会像拦路虎一样跳出来，让你烦心不已，就像玩电脑游戏的时候每隔一段时间总有那么几个地雷考验你的耐性，如果一次把所有地雷扫尽就好了。：）

左值（ lvalue ）和右值（ rvalue ）最先来源于编译理论 （感谢南大小百合的programs）。在 C 语言中表示位于赋值运算符两侧的两个值，左边的就叫左值，右边的就叫右值。比如：

int ii = 5;//ii 是左值， 5 是右值

int jj = ii;//jj 是左值， ii 是右值

上面表明，左值肯定可以作为右值使用，但反之则不然。左值和右值的最早区别就在于能否改变。左值是可以变的，右值不能变。【注 1 】

注 1 ：这一点在 C++ 中已经 猪羊变色 ，不再成立。拱猪游戏还是挺好玩的，我还真抓过好几次全红心，不过真的好险。：）

在很多文章中提到，在 C++ 中，左值更多的指的是可以定位，即有地址的值，而右值没有地址。【注 2 】

注 2 ：这一点仍然不准确，我在程序中生成一个临时右值 std::vector() ，你能够说它没有地址吗？难道它是没有肉体的鬼魂或幽灵？它是有地址的，而且它也是绝对的右值。

在现代 C++ 中，现在左值和右值基本上已经失去它们原本所具有的意义，对于左值表达式，通过具体名字和引用（ pointer or reference ）来指定一个对象。非左值就是右值。我来下一个定义：

左值表示程序中必须有一个特定的名字引用到这个值。

右值表示程序中没有一个特定的名字引用到这个值。

跟它们是否可以改变，是否在栈或堆（ stack or heap ）中有地址毫无关系。

1 ．左值

在下面的代码中：

int ii = 5;

int const jj = ii;

int a[5];

a[0] = 100;

*(a+3) = 200;

int const& max( int const& a, int const& b ) //call by reference

{

      return a > b ? a : b;

}

int& fun(int& a) //call by reference

{

      a += 5;

   return a;

}

ii ， jj ， a[0] ， *(a+3) ，还有函数 max 的返回值比如 max(ii, jj) ，【注 3 】函数 fun 的返回值 fun(ii) 都是左值。，它们都是有特定的引用名字的值。 ii ， jj ， a[0] ， *(a+3) ， max(ii, jj) ， fun(ii) 分别就是它们的名字。

注 3 ：在这里有一个不太容易分清楚的盲点。那就是有人会问 max(8, 9) 到达是左值还是右值， C++ 标准规定常量引用（ reference to const ）可以引用到右值，所以 max(8, 9) 似乎应该是右值，不过不管它是左值，还是右值，我们都不能试图去改变它。为了与前面的概念一致，我认为它是左值，不可改变的常量左值。

左值有不能改变的，即被 const 所修饰的左值，比如上面的 jj ， max(ii, jj) 都是被常量（ const ）魔咒所困住的左值。

没有被 const 困住的左值当然是可以改变的，比如下面的代码都是成立的：

ii = 600;

a[0] = 700;

fun(ii) = 800; //OK!

我们的眼睛没有问题， fun(ii) = 800; 完全正确，因为它是可以改变的左值。 所以我们看 STL 的源码，就会理解 std::vector 中的重载 operator[] 运算符的返回值为什么要写成引用，因为 operator[] 必须返回左值。

 

2 ．右值

没有特定名字的值是右值。先看下面的代码：

std::list();

std::string(“It is a rvalue!”);

int fun1() //call by value

{

      …

}

int* fun2() //call by reference

{

      …

}

其中 std::list() ， std::string(“It is a rvalue!”) ，函数 fun1 的返回值 fun1() ，函数 fun2 的返回值 fun2() 都是右值，它们的值都没有特定的名字去引用。也许有人会奇怪， fun2() 也是右值？最前面的 max(a,b) 不是左值吗？

请看清楚，函数 fun2 的返回值是 pointer ， pointer 也是 call by value ，而函数 max 的返回值是 reference ， reference 是 call by reference 。所以说 C++ 中引入 reference 不仅仅是为了方便，它也是一种必须。【注 4 】

注 4 ： Scott Meyer 写的《 More Effective C++ 》的条款 1 专门讲了 pointer 和 reference 的区别，写的很好，辨别的非常清楚。

fun2() 是右值，但 *fun2() 却是左值，就跟经常看到的 *p 一样，所以看 C++ 库代码的时候，会发现重载 operator* 的函数返回值是 reference 。

当然我还遗漏了一种右值，那就是字面上的（ literal ）值，比如 5 ， 8.23 ， ’a’ 等等理所当然的都是右值。

右值最初出现的时候，一个最大的特征就是不可改变。但就跟我们的道德标准一样，时代不同了，标准也变化了，以前的三纲五常早已经被扔到历史的垃圾堆里面了。

C++ 中有可以改变的右值，而且这个特性还非常有用。那就是用户自定义的类（ class ）的构造函数生成的临时对象。比如：

std::vector(9) ， std::deque() ，……都是可以改变的右值。在 Herb Sutter 的《 More Exceptional C++ 》中的条款 7 的 page51 页有这样几行代码：

// Example 7-2(b): The right way to shrink-to-fit a vector.

vector<Customer> c( 10000 );

// ...now c.capacity() >= 10000...

// erase all but the first 10 elements

c.erase( c.begin()+10, c.end() );

// the following line does shrink c's

// internal buffer to fit (or close)

vector<Customer>( c ).swap( c );

// ...now c.capacity() == c.size(), or

// perhaps a little more than c.size()

认真看几遍，你会发现但 vector 的大小增大到一定程度，你又用不着这么多空间的时候，你会想办法把它收缩到最合适的大小，但利用别的办法比如调用成员函数 reserve() 都无法办到，这个时候就必须利用右值可以改变这个性质了。

vector<Customer>( c ).swap( c ); 这行代码就是点睛之处。

首先使用复制构造函数生成临时右值 vector<Customer>( c ) ，这个右值正好是合适大小，然后和 c 交换【注 5 】， c 就变成合适大小了，最后在整个表达式结束的时候，这个临时右值析构归还内存空间。真是绅士一般的优雅！

注 5 ：这个时候这个临时右值就发生了改变。

如果还不理解，可以看看书，或者直接看库的源代码。

至于为什么会这样？我思考了一下，我想是这样的，我们看类（ class ）的数据布置结构，会发现它的每一个数据成员都是有名字的，我想编译器在编译的过程中，都会生成一个外部不所知的对这个临时对象右值的名字引用，但需要改变这个临时对象的时候，这个名字就用上了。比如：

class Point

{

public: // 纯粹为了方便，我把数据成员公开，现实中尽量不要这样用

      int x, y ,z;

      …… // 其他各种成员函数

};

我们现在就可以改变右值，用到了匿名的引用名字。

Point().x = 6;// 改变了右值

Point().y = 6;// 同意改变了右值，不过注意，这个右值跟上面的不是同一个。

总结

左值和右值的真正区别我想就是这些了，左值表示有特定的名字引用，而右值没有特定的名字引用。当然我仍然会有疏忽，希望大家能够提醒我，指正我的不足。

前两天看 Herb Sutter 从邮件中寄来的新文章（我订阅他的新文章邮件通知），一篇是讲 Tuple 数据结构的，没有什么新意，以前好像看过，还有一篇名字是：（ Mostly ） Private, 地址为 [url]http://www.cuj.com/documents/s=8273/cujcexp2107sutter/[/url] 内容本身并不深，但看完文章，发现随处可见 C++ 的波诡云谲，又会对什么叫袖里乾坤，滴水藏海多一份感性认识。