C++中的左值与右值

一. constexpr和常量表达式

　　常量表达式（const expression）是指值不会改变并且在编译过程就能得到计算结果的表达式。显然，字面值属于常量表达式，用常量表达式初始化的const对象也是常量表达式。

　　一个对象（或表达式）是不是常量表达式由它的数据类型和初始值共同决定，例如：

 

const int max_files = 20;       // max_files是常量表达式
const int limit = max_files + 1;    // limit是常量表达式
int staff_size = 27;                // staff_size不是常量表达式
const int sz = get_size();      // sz不是常量表达式

　　尽管staff_size的初始值是个字面值常量，但由于它的数据类型只是一个普通int而非const int，所以它不属于常量表达式。另一方面，尽管sz本身是一个常量，但它的具体值直到运行时才能获取到，所以也不是常量表达式。

 

　　在一个复杂系统中，很难（几乎肯定不能）分辨一个初始值到底是不是常量表达式。当然可以定义一个const变量并把它的初始值设为我们认为的某个常量表达式，但在实际使用时，尽管要求如此却常常发现初始值并非常量表达式的情况。可以这么说，在此种情况下，对象的定义和使用根本就是两回事儿。

　　C++11新标准规定，允许将变量声明为constexpr类型以便由编译器来验证变量的值是否是一个常量表达式。声明为constexpr的变量一定是一个常量，而且必须用常量表达式初始化：

 

constexpr int mf = 20;          // 20是常量表达式
constexpr int limit = mf + 1;   // mf + 1是常量表达式
constexpr int sz = size();      // 只有当size是一个constexpr函数时才是一条正确的声明语句

　　尽管不能使用普通函数作为constexpr变量的初始值，但是，新标准允许定义一种特殊的constexpr函数。这种函数应该足够简单以使得编译时就可以计算其结果，这样就能用constexpr函数去初始化constexpr变量了。

　　一般来说，如果你认定变量是一个常量表达式，那就把它声明成constexpr类型。

 

　　常量表达式的值需要在编译时就得到计算，因此对声明constexpr时用到的类型必须有所限制。因为这些类型一般比较简单，值也显而易见、容易得到，就把它们称为"字面值类型"（literal type）。

　　到目前为止接触过的数据类型中，算术类型、引用和指针都属于字面值类型。自定义类Sales_item、IO库、string类型则不属于字面值类型，也就不能被定义成constexpr。

 

　　尽管指针和引用都能定义成constexpr，但它们的初始值却受到严格限制。一个constexpr指针的初始值必须是nullptr或者0，或者是存储于某个固定地址中的对象。

　　值得一提的是，函数体内定义的变量一般来说并非存放在固定地址中，因此constexpr指针不能指向这样的变量。相反的，定义于所有函数体之外的对象其地址固定不变，能用来初始化constexpr指针。同样，允许函数定义一类有效范围超出函数本身的变量（即局部静态变量），这类变量和定义在函数体之外的变量一样也有固定地址。因此，constexpr引用能绑定到这样的变量上，constexpr指针也能指向这样的变量。

　　指针和constexpr

　　必须明确一点，在constexpr声明中如果定义了一个指针，限定符constexpr仅对指针有效，与指针所指的对象无关：

 

const int *p = nullptr;         // p是一个指向整型常量的指针
constexpr int *q = nullptr;     // q是一个指向整数的常量指针

　　p和q的类型相差甚远，p是一个指向常量的指针，而q是一个常量指针，其中的关键在于constexpr把它所定义的对象置为了顶层const。

　　与其他常量指针类似，constexpr指针既可以指向常量也可以指向一个非常量：

 

 二. 左值和右值

　　C++的表达式要不然是右值，要不然就是左值。这两个名词是从C语言继承过来的，原来是为了帮助记忆：左值可以位于赋值语句的左侧，右值则不能。

　　在C++语言中，二者的区别就要复杂很多。

　　一个左值表达式的求值结果是一个对象或者一个函数，然而以常量对象为代表的某些左值实际上不能作为赋值语句的左侧运算对象。此外，虽然某些表达式的求值结果是对象，但它们是右值而非左值。

　　可以做一个简单的归纳：当一个对象被用作右值的时候，用的是对象的值（内容），当对象被用作左值的时候，用的是对象的身份（在内存中的位置）。

　　知乎看到的经典总结：左值右值的形式区分（或者称语法区分）是能否用取地址&运算符；语义区分（即其本质涵义）在于表达式代表的是持久对象还是临时对象。

　　使用关键字decltype的时候，左值和右值也有所不同。如果表达式的求值结果是左值，decltype作用于该表达式（不是变量），得到一个引用类型。

　　如：假定p的类型是int*，因为解引用运算符生成左值，所以decltype（*p）的结果是int&p，另一方面，由于取地址运算符生成右值，所以decltype（&p）的结果是

　　int**，也就是说是一个指向整型指针的指针。

　　关于C++中的左值和右值，参考链接：C++中的左值和右值，左值右值的一点总结，C++11中的左值和右值，左值、右值与右值引用。

　　下面是我自己对于左值和右值的一点体会：严格来讲，左值和右值有一个非常严格的评判标准，即是否可以用取地址&运算符。

　　关于在等号左右两边的判断（左值可以出现在等号左边或右边，右值只能出现在右边）是不完善的，例如有些左值是无法出现在赋值符左边的，典型的就是常变量对       象：如const int i = 1，变量 i 除了初始化的过程其他情况是不允许再赋值的，但是 i 却毫无疑问地是左值，可以使用取地址符。

　　不和对象相关的字面值常量（只有内置类型具有）一般来说是右值，但是有一个例外，就是字符串字面值，可以取地址，是左值，但是也不能位于等号左边。

　　相对的是，有时候右值是可以位于等号左边的，尽管新标准并不提倡这一点。例如，string s1, s2; s1 + s2 = "wow!"。

　　s1 + s2是右值，但是位于赋值符号的左边。为了维持向后兼容性，新标准库仍然允许向右值赋值。

三. 右值引用

　　为了支持移动操作，新标准引入了一种新的引用类型——右值引用（rvalue referrence）。

　　所谓右值引用就是必须绑定到右值的引用。我们通过&&而不是&来获得右值引用。如我们将要看到的，右值引用有一个重要的性质——可以绑定到一个即将销毁的对象。

　　因此，我们可以自由地将一个右值引用的资源“移动”到另一个对象中。

　　类似任何引用，一个右值引用也不过是某一个对象的另一个名字而已。如我们所知，对于左值引用，我们不能将其绑定到需要转换的表达式、字面常量或是返回右值的表达式。

　　右值引用有着完全相反的特性：我们可以将一个右值引用绑定到这类表达式上，但不能将一个右值引用直接绑定到一个左值上：

　　

int i = 42;            
int &r = i;                    //正确：r引用i
int &&rr = i;                //错误：不能将一个右值绑定到一个左值上
const int &r3 = i * 42    //正确：我们可以将一个const引用绑定到一个左值
int &&rr2 = i * 42        // 正确：将rr2绑定到乘法结果上

　　返回左值引用的函数，连同赋值、下标、解引用和前置递增/递减运算符，都是返回左值的表达式的例子。我们可以将一个左值引用绑定到这类表达式的结果上。

　　返回非引用类型/右值引用的函数，连同算术、关系、位以及后置递增/递减运算符，都生成右值，我们不能将一个左值引用绑定到这类表达式上，但我们可以将一个

　　const的左值引用或者一个右值引用绑定到这类表达式上。

　　左值持久，右值短暂

　　考察左值和右值表达式的列表，两者相互区别之处就很明显：左值有持久的状态，而右值要么是字面常量，要么是在表达式求值过程中创建的临时对象。

　　由于右值引用只能绑定到临时对象，我们得知：

　　所引用的对象将要被销毁；该对象没有其他用户

　　这两个特性意味着：使用右值引用的代码可以自由地接管所引用的对象的资源。

　　变量是左值

　　变量可以看做只有一个运算对象而没有运算符的表达式，虽然我们很少这样看待变量。类似其他任何表达式，变量表达式也有左值右值属性。

　　变量表达式都是左值。带来的结果就是，我们不能将一个右值引用绑定到一个右值引用类型的变量上，这有些令人惊讶。

　　其实有了右值表示临时对象这一观察结果，变量是左值这一特性并不令人惊讶。毕竟，变量是持久的，直至离开作用域时才被销毁。

　　标准库move函数

　　虽然不能将一个右值引用直接绑定到一个左值上，但我们可以显式地将一个左值转换为对应的右值引用类型。我们可以通过调用一个名为move的标准库函数来获得绑定到

　　左值上的右值引用，此函数定义在头文件utility中。

　　

int &&rr3 = std::move(rr1)    //ok

　　move调用告诉编译器：我们有一个左值，但我们希望像一个右值一样处理它。我们必须认识到，调用move就意味着承诺：除了对rr1赋值或销毁它外，我们将不再使用它

　　在调用move后，我们不能对移后源对象的值做任何假设。