左值,右值,数组和指针

左值,右值,数组和指针

为什么a=b？

      在常见的C风格的语言中，有一些细微的差别是容易被忽视的，而正是这些看似非常简单的知识，有时候会成为我们理解程序，理解计算机行为的瓶颈。比如表达式：a=b；
      这样的表达式在大多数编程语言中都是合法的，它是一个简单的赋值表达式，那么它如何来表示赋值的意思呢？通俗的来说，为什么当你敲下a=b这样的几个字符并运行程序，执行这条语句后a的值会是赋值前b的值？这样的问题也许会令你感到奇怪，也许你会说这就是如此，这个式子告诉编译器将b的值赋给a。那么站在编译器的角度它又是怎样看待这个表达式的呢？
      要弄清这样的问题，有两个概念也许你需要温习一下，那就是“地址”和“地址的内容”。在编译器“眼里”，赋值运算符两边的a和b并不是两个地位平等的代号。这里的等号“=”并不代表a和b的地位平等;-)，这里符号a的含义是a所代表的地址，习惯上我们称之为左值。而符号b的含义是b所代表的地址的内容，习惯上我们称之为右值，确切的说右值就是除了左值以外的值，他们可能是立即数和变量的某些组合。左值在编译时可知，表示存储结果的地方。通常只有允许修改的左值可以合法用作赋值运算符左边的操作数。所以尽管数组的名字表示“地址”，它是“左值”，但是它不是一个可以修改的左值，所以它也就不能用作赋值运算符的左操作数了，同理，用关键字const修饰的变量也是如此。编译器为每个变量分配一个地址（左值），虽然具体什么时候分配这个地址各个语言的编译器可能有所不同，但是变量在运行时会一直保存于这个地址。
      相对应的，存储于变量中的值（它的右值）只有在运行时才可知。如果需要用到变量中存储的值，编译器就发出指令从指定的地址读入变量值并将它存于寄存器中。也就是说，右值是运行时才会需要去用的实际值。于是"a=b；"的背后发生的事情大致就是，编译器会先检查操作数的合法性，如果操作数合法，就生成如下的指令：取b的右值（可能是一个立即数），将其保存至a的左值（一个地址）。

访问数组与指针的区别

      注意前面提到的a，b的地址（左值）都是编译器编译时已知的，无论是直接的地址，还是带偏移量的地址，编译的时候不需要再通过额外的指令去请求得到地址。这里也正是数组和指针不太一样的地方，以C语言为例：
char a[6]="Freesc";
c=a[i];
      经过编译，编译器符号表里面已经有了a的地址比如8888，运行时第一步是取i的值，将它与8888相加。第二步是取地址（8888+i）的内容。这正好可以解释为什么extern char a[]与extern char a[888]等价，这两个声明都提示编译器a是一个数组，对应的有一个地址，数组的元素可以从这个地址找到，编译器不需要知道数组总共有多长（好吧，我忽悠人的，其实有些编译器基于安全考虑会检查数组长度，这里以ANSI C编译器为例）。而指针的操作则不同，如果声明的是extern char *p，它告诉编译器p是一个指针，一个4个字节的对象（我又忽悠人了，我意思是常见的编译器，暂时不考虑过气的TC之流），它指向的对象是一个字符，它的内容（值）是那个字符的地址。此时编译器并不知道p的地址，为了得到指针对应的字符，必须先取得指针指向的地址，再根据这个地址来取得字符。因此指针的访问要比数组需要多一些额外的提取地址的操作，换句话说，必须先通过指针变量的左值（地址）取得指针指向对象的左值（地址），然后再取得该地址的内容。

思考题
      好了，现在不妨来思考一下这样一个问题，假如p被声明为指针：extern char *p；而它原来的定义是char p[6]那么当我们用p[i]来提取元素的时候会发生什么呢？
我的回答是（倒过来念）：
掉挂序程的你让能可有这，址地标目的放存针指成当被会符字的应对p[i]
你的答案呢？如果原来的定义是char *p而声明成为extern char p[]；又会发生什么呢？如何发生的？

参考资料
Peter van der Linden, Expert C Programming, Prentice Hall PTR (June 24, 1994)
Wiki, Value_(Computer Science), http://en.wikipedia.org/wiki/Value_(computer_science)

Freesc
2009年8月19日