C++17中的VALUE CATEGORIES

qq_32214595

已于 2024-10-26 23:51:28 修改

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分类专栏： C++ 文章标签： c++ 开发语言

于 2024-10-16 22:58:11 首次发布

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一定义

表达式用于表达一个value， value有两种属性，一种是value type，一种是value categary。 value category 通过两种属性分为三类：

has identity: identity 用来区分两个expression是否指向同一对象，比如比较它们的地址。（ps:我认为有identity不一定有地址，因为它有可能在寄存器中）
可以通过移动语义移动: 移动构造，移动赋值，用户定义带有移动语义的函数

lvalue expression

在evaluate时决定对象或函数的identity，表明了接下来要对这个对象或者函数操作（ has identity，不可以移动）

xvalue expression

存储的value可以被复用，即被移动，移动后指向的对象除了析构不可以再被使用（has identity，可以移动）

prvalue expression

没有identity，不可以被移动。它有以下两种情况。
用于内置运算符计算操作数的值，（int a = 3 + b；）。
用于初始化一个对象，它本身并不是一个对象，属于object representation（或者是 value representation？）（ps: 在我的理解里，当prvalue没有指定要初始化的对象的时候，它就会创建一个临时对象初始化，即使有要初始化的对象，实现也有可能创建一个临时对象。如 T obj = T(), 用于初始化obj。如 T && ref = T(), 初始化ref引用的prvalue temporary materialization的临时对象，见下面的三 temporary）。
我甚至认为这
glvalue：指向一个对象 rvalue：现在好像概念上意义已经不大了，只是作为xvalue和prvalue的统称。

二转变

1） glvalue转换为prvalue

左值到右值的转换，隐式转换中的标准转换序列中的一种。class type会调用拷贝构造的转换语义, 产生一个prvalue（不是一个对象，但是也必然产生一个对象）。可以看做读取对象的值的方式。

2） lvalue 转换成 xvalue

std::move 或者 static_cast<std::remove_reference_t&&>，改变值的value category, 并不会产生新的对象，通过这种方式将lvalue用于移动语义。

3） prvalue初始化glvalue指向的对象 (prvalue semantic, guaranteed copy elsion)

prvalue 转换为 xvalue

隐式转换中的temporary materialization，会创建一个xvalue指向的临时对象， prvalue用于初始化这个临时对象。
T &&ref = T();

prvalue转换为 lvalue

T a = T()，有prvalue semantic，即 T a = T(T(T())) 也只初始化了a指向的对象，并不会临时物化, 纯右值语义使得copy initialization也和direct initializaion一样，不会调用不必要的copy/move。
注意拷贝初始化，直接初始化和赋值语义的区别，以下代码：
T a = T(); //拷贝初始化
// T()是一个纯右值表达式
// 在C++11中, 它需要调用拷贝构造或移动构造（所以拷贝或移动构造必须eligible）, 初始化拷贝构造或移动构造的引用类型的形参，所以会临时物化。编译器可能优化拷贝移动构造，gcc可以用-fno-elide-constructors来防止优化
// 在C++17中，因为纯右值语义的存在，会尽量推迟临时物化，所以T()纯右值直接用来初始化a，不会调用拷贝/移动构造

T a（3）; // 直接初始化
// 并不是一个表达式，没有纯右值，所以直接构造a。
// 构造函数有两个语义，一个是构造，一个是转换，转换才是产生纯右值的语义，所以当把构造函数声明成explicit的时候，拷贝初始化就不能使用

T a; a = T(); // 赋值
// 创建了两个对象，一个对象为a，因为第二个语句是赋值语义，所以初始化了拷贝赋值或移动赋值的形参所代表的对象。所以该代码会调用移动赋值或拷贝赋值。

三临时对象

两种情况会创建临时对象

1） temporary materializaion

物化出一个临时对象，有以下几种情况

i) 给纯右值绑定引用

T&& ref = T(); const T &ref = T();

ii) 纯右值访问非静态成员对象, 或调用非静态成员函数

T().m_data; T().m_func();

iii) 数组纯右值转换为指针

不管是纯右值还是临时物化后的xvalue不是都不能取地址吗？怎么转换成pointer？没想到demo

iv）数组纯右值下标访问元素

（int[3]）{1, 2, 3}[2]; 物化了一个数组

v) discard value expression

full expression：T()；
特殊案例，纯右值的上行转换 Base a = Derived();
个人理解为物化了一个Derived类型对象，然后访问基类子对象（xvalue），通过拷贝初始化初始化a。
这个基类子对象是在派生类临时对象物化出来时一起物化出来的。

vi) 使用 braced-enclosed initializer list 转换成的std::intializer_list

std::vector<int> v {1, 2, 3, 4, 5}; 物化一个有5个int类型元素的数组。
ps：两种情况可以使用std：：initializer_list避免物化的数组被销毁。
i) 用于range-based for loop， C++23会延长range-initialier产生的临时对象的生命周期
for （auto &e ： {1， 2， 3， 4}）
{
std::cout << e << std::endl;
}

ii）将brace-init-list传递给函数
template
void func(std::initializer_list il）
{
…
}

func({1, 2, 3, 4}); // 语句1
因为语句1是一个full-expression，所以物化的数组在语句1后才会被销毁，在函数体内可以被安全的使用。

2）传递或返回trivally copyable type 的对象可能产生临时对象，由编译器决定

// gcc 13.2.1 std=c++17下测试
#include <iostream>
class A
{
private:
    int a;
public:
    A(int a = 0) :a(a) { identity();}
    // A(const A&ref) :a(ref.a) {}  
    // 如果有用户定义的拷贝构造， 那么这个class不是 trivially copyable type, 结果不同
    friend void func(A op1, A op2)
    {
        op2.identity();
        op1.identity();
    }
    void identity()
    {
        std::cout << "pointer:" << this << " value:" << a << std::endl;
    }
};
int main()
{
    std::cout <<  "A is trivally copyable type? " << std::is_trivially_copyable<A>::value << std::endl;
    func(A(3), A(4));
    return 0;
}