C++左值右值引用问题浅析

前言

关于C++调用程序传回来的临时变量假如我们要引用它，由于这个变量是开在栈空间的，如果要得到它的引用势必会造成某些内存的非法访问问题，C++根据这个问题将其定义为左值右值问题。以下我转载了一篇译文，觉得讲的十分精彩。最后有自己的总结以及一些示例代码方便理解。

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转载

以下转自https://blog.youkuaiyun.com/xuwqiang1994/article/details/79924310

翻译至https://eli.thegreenplace.net/2011/12/15/understanding-lvalues-and-rvalues-in-c-and-c/
C/C++编程中不是经常出现术语（左值）和rvalue（右值），但是一旦出现，它们的语意就不是特别清晰。最经常看到它们的地方是在编译错误和警告信息中。比如，用gcc编译下面的程序：

int foo() {
    return 2; }

int main()
{
   
    foo() = 2;
    return 0;
}

你会得到：

test.c: In function 'main':
test.c:8:5: error: lvalue required as left operand of assignment

是的，这段代码不是合法的并且不是你想写的，但是那个错误信息提到了lvalue，一个通常在C/C++教程中不能找到的术语。另一个例子就是用g++编译下面的代码：

int& foo()
{
   
    return 2;
}

现在那个错误为：

testcpp.cpp: Infunction 'int& foo()':
testcpp.cpp:5:12: error: invalid initialization of non-const reference of type 'int&' from an rvalue of type 'int'

再次，那个错误信息提到了难以理解的rvalue。那么在C/C++中lvalue和rvalue意味着什么？这是我打算 在这篇文字中探讨的。

一个简单定义

这个部分先给出lvalue和rvalue的一个简单定义。文章下面将会详细描述。
lvalue（locator value）代表一个在内存中占有确定位置的对象（换句话说就是有一个地址）。
rvalue通过排他性来定义，每个表达式不是lvalue就是rvalue。因此从上面的lvalue的定义，rvalue是在不在内存中占有确定位置的表达式。

基本例子

上面的术语定义可能不是特别清楚，所以马上看一些简单例子是重要的。
假设我们定义了一个整形变量并且给它赋值：

int var;
var = 4;

赋值运算符要求一个lvalue作为它的左操作数，当然var是一个左值，因为它是一个占确定内存空间的对象。另一方面，下面的代码是无效的：

4 = var;        //ERROR!
(var + 10) = 4; //ERROR!

常量4和表达式var+1都不是lvalue(它们是rvalue)。它们不是lvalue，因为都是表达式的临时结果，没有确定的内存空间（换句话说，它们只是计算的周期驻留在临时的寄存器中）。因此给它们赋值没有语意-这里没有地方给它们赋值。
因此现在应该清楚了第一个代码片段的错误信息。foo返回一个临时的rvalue。尝试给它赋值，foo()=2，是一个错误；编译器期待在赋值运算符的左部分看到一个lvalue。
不是所有的对函数调用结果赋值都是无效的。比如，C++的引用（reference）让这成为可能：

int globalvar = 20;

int& foo()
{
   
    return globalvar;
}

int main()
{
   
    foo() = 10;
    return 0;
}

这里foo返回一个引用，这是一个左值，所以它可以被赋值。实际上，C++从函数中返回左值的能力对于实现一些重载运算符时很重要的。一个普遍的例子是在类中为实现某种查找访问而重载中括号运算符 []。std::map可以这样做。

std::map<int, float> mymap;
mymap[10]=5.6;

给 mymap[10] 赋值是合法的因为非const的重载运算符 std::map::operator[] 返回一个可以被赋值的引用。

可修改的左值

开始在C语言中左值定义，它字面上意味着“合适作为赋值的左边部分”。然而，之后C标准中添加了const关键字后，这个定义不得不重新定义。毕竟：

const int a = 10; //‘a’是一个左值
a = 10;           //但是它不能被赋值

因此需要更深层次的重定义。不是所有的左值都能被赋值。这些可以称为可修改的左值。正式的，C99标准定义可修改左值为：

[…] 一个左值没有数组类型，没有不完全类型，没有const修饰的类型，并且如果它是结构体或联合体，则没有任何const修饰的成员(包含，递归包含，任何成员元素的集合)。

左值和右值的转换

通常来说，语言构造一个对象的值要求右值作为它的参数。例如，二元加运算符 ‘+’ 要求两个右值作为它的参数并且返回一个右值：

int a = 1;     //a是一个左值
int b = 2;     //b是一个左值
int c = a + b; //＋需要右值，所以a和b都转换成右值，并且返回一个右值

从先前分析可以看到，a和b都是左值。因此，在代码第三行，它们经历了一次从左值到右值的转换。所以的左值不能是数组，函数或不完全类型都可以转换成右值。
另一个方向的转换呢？右值可以转换成左值吗？当然不能！根据它的定义这将违反左值的语义[1]。
当然，这并不意味着左值不能通过更加显式的方法产生至右值。例如，一元运算符‘*’（解引用）拿一个右值作为参数而产生一个左值作为结果。考虑下面有效的代码：

int arr[] = {
   1, 2};
int* p = &arr[0];
*(p + 1) = 10;    //对的：p+1是一个右值，但是*(p+1)是一个左值

相反的，一元取地址符 ‘&’ 拿一个左值作为参数并且生成一个右值：