字面值的作用域是什么？编译器如何为其分配内存？

Question

int x = 12;

12被称为整数字面量，因此无法在LValue中使用。

1. 编译器如何分配内存给字面量？
2. 字面量的作用域是什么？
3. 为什么我们不能在其作用域内使用 &12 来获取其地址？

- Aquarius_Girl

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哎呀，12根本不是一个对象，x也不是。你可能想选择一个更好的例子，比如一个真正的对象。 - paxdiablo

这是一个整型字面量——请参考skjaidev的回答。 - paxdiablo

x 在 C++ 对象模型下指代一个对象。它由定义语句创建，具有存储期和类型。请参阅 C++11 标准中的第 1.8 节“C++ 对象模型”。在问题中，“对象”一词使用的就是这个意义，而不是面向对象编程中的“对象”的意思。 - bames53

相关引用为§1.8.1：“C++程序中的构造可以创建、销毁、引用、访问和操作对象。对象是存储区域。” - Seth Carnegie

“int”是一种数据类型，而不是一个类。在C语言中，没有“类”的概念；而在C++中，“类”类型是使用“struct”、“class”或者“union”声明的聚合类型。 - Mike Seymour

Answer 1

好的，题目中举的是一个不好的例子。
但这个问题仍然有效：
让我们试试：

Foo getFoo() {return Foo();}

int func()
{
    getFoo().bar();   // Creates temporary.
    // before this comment it is also destroyed.
    // But it lives for the whole expression above
    // So you can call bar() on it.
}

int func2()
{
    Foo const& tmp = getFoo();  // Creates temporary.
                                // Does not die here as it is bound to a const reference.

    DO STUFF
}  // tmp goes out of scope and temporary object destroyed.
   // It lives to here because it is bound to a const reference.

编译器如何为临时对象分配内存？

由编译器决定，但很容易在堆栈帧上分配一点额外的内存并将其保留在那里。然后销毁它并减小堆栈帧的大小（尽管此答案对底层硬件做了很多假设，你永远不应该这样做（最好只把它看作是编译器施展着魔法））。

临时对象的范围是什么？

除非绑定到const引用，否则临时对象会一直存在，直到表达式结束（通常为;）。如果绑定到const引用，则会持续到该引用所属的作用域结束（有一些例外情况（如构造函数））。

为什么我们不能在其作用域内使用&12获取其地址？

因为12不是一个临时对象，它是一个整数字面值。

- Martin York

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Loki，非常有帮助的回答，谢谢。@skjaidev和Loki，顺便问一下，编译器将12存储在目标文件中而不是RAM中是否有特殊原因？ - Aquarius_Girl

@AnishaKaul：12是整型字面量，它可能没有被存储在任何地方（它是代码的一部分）。变量“x”是存储区域（一个对象），因此是可寻址的，无论这意味着RAM还是其他什么都是完全未定义的。你的问题在于你在考虑特定的硬件要求。标准故意避免硬件细节（比如RAM的概念）。变量“x”只有在使用它的地址时才需要具有物理地址；它可能只存在于寄存器中（但这是偏离标准未涉及的硬件细节）。 - Martin York

@AnishaKaul：int main() {12;}编译正常。因为12是一个字面量，所以是一个有效的表达式，也是一个有效的语句。请注意，它并没有做太多事情。字面量12可能被编码成目标文件中的汇编指令。而你代码中的变量x是一个存在于内存中的对象。 - Martin York

标准故意没有指定这样的内容（它试图非常硬件无关）。因此，所有这一切都取决于编译器。 - Martin York

这个答案是针对C++的。在C中，函数返回值从不是左值。 - Jens Gustedt

Answer 2

在你的例子中，12 是一个整数字面量。整数字面量几乎总是作为立即操作数“嵌入”在机器指令中。它们不存储在内存中，因此您无法通过地址访问它们，也没有范围。

int x = 12 

would translate to something like

movl 12 address_of_x_or_register

在几乎所有的架构中，12都是作为指令的一部分进行编码的。

为了明确起见，x仍然驻留在内存中（对于局部变量来说是堆栈，在全局变量的情况下是数据段），并且最终将包含值12。右手边的"对象"12是整数文字，它在指令执行之前或期间不驻留在内存中，而是"驻留"在指令本身中。

- jman

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在编译过程中，编译器对它做了什么？存储？ - Aquarius_Girl

编译器直接在机器指令中使用该值，不过这只适用于整数。例如，字符串常量会在数据段中分配存储空间。 - jman

是的。试一下，你可以使用 gcc -S foo.c 生成与你的 C 代码等效的机器码。然后查看生成的 foo.S 文件。 - jman

@AnishaKaul：不，你不能做出那样的假设。 - Martin York

只是为了明确，x仍然驻留在内存中（对于局部变量来说是堆栈，在全局段的情况下是数据段），并且在指令执行后包含值12。RHS值12在指令之前/期间不驻留在内存中，而是驻留在指令本身中。 - jman

Answer 3

1. 编译器如何为临时对象分配内存？

string myString = "hello";

在这种情况下，编译器调用转换构造函数来初始化一个新对象。

2. 临时对象的作用域是什么？

临时对象的生命周期只有到分号结束。

3. 为什么我们不能在其作用域中使用 &12 获取它的地址？（在这种情况下是 "hello"）

&12 不是对象，它是传递给转换构造函数的参数。

- Sanish

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"&12不是一个对象，它是传递给转换构造函数的参数"。为什么我们不能用&12获取12的地址呢？ - Aquarius_Girl

什么是“转换构造函数”？ - Aquarius_Girl

这个链接可能对理解“转换构造函数”有所帮助：http://publib.boulder.ibm.com/infocenter/lnxpcomp/v8v101/index.jsp?topic=%2Fcom.ibm.xlcpp8l.doc%2Flanguage%2Fref%2Fcplr384.htm - Sanish

请查看这个 Stack Overflow 的问题，为什么你不能获取数字字面量的地址 https://dev59.com/IkjSa4cB1Zd3GeqPGIzt - Sanish

第二个链接展示了为什么你可以获取字面量的地址，而反过来则不行。:( - Aquarius_Girl

Answer 4

在编译期间，编译器会对它做什么？存储？

这个问题真的很难回答。编译器会尽可能地优化代码（可以在编译器工具中设置优化的数量或级别）。

例如，如果 x 可以通过汇编指令替换为 12，则 x 就会被“优化掉”，并且 12 将直接替换 x。

“volatile”关键字可用于欺骗编译器，在每次使用代码中的 x 时都检查它。这将生成更大的程序，但可能有助于为变量分配内存位置（存储）。

- spearson

Answer 5

注意，其他答案大多澄清了你的误解，但这个没有：

字面量的作用域是什么？

这个问题没有意义，因为作用域是名称的属性（变量名、函数名、类型名、模板名、命名空间名等）。

字面量是一个数字的表示法，不是一个名称。

- curiousguy

Answer 6

对象是“内存中的某物”。这意味着这个“某物”占用了进程地址空间的一部分（无论是在栈上还是在“空闲”内存中）。同时，这也意味着如果需要，您可以获取它的地址。

临时对象只是对象。编译器会生成代码来创建它们，以计算表达式所需的对象：

void f(const string&);

void g()
{
     f(string("Hello"));
}

调用f()的表达式将导致生成以下代码：

• 创建临时字符串对象。构造函数以const char*作为参数调用；
• 使用对该临时对象的引用作为参数调用f()；
• 销毁临时字符串对象。

这其中关键的部分是在表达式求值结束时销毁临时对象。临时对象仅存在于表达式本身中（也就是它们的临时作用域）。您可以尝试类似于：const string* ps = &string("Hello")，但您的编译器可能会发出警报，因为这样的表达式将导致创建指针，该指针引用已经不再被临时对象占用的内存。它可能仍然包含字符串对象成员，或者可能被程序中后续的表达式覆盖（更不用说临时对象的销毁将释放堆中由对象分配的内存）。使用ps将导致未定义的行为。

这里出现的另一个问题是像int x = 12这样的表达式中对象的性质。在这种情况下，x 可能是一个对象或者可能不是。这取决于编译器设置和代码跟随该行的情况。编译器可能决定将x放置在寄存器中。在这种情况下，x将不是一个对象，因为寄存器没有地址（至少在大多数平台上）。如果您不改变x的值，编译器甚至可以决定直接在指令中使用12。因此，“12”只存在于指令代码的一部分。

无论在以下代码中发生了什么，int x = 12都不会创建临时的12对象。如果编译器决定将12放入内存中，则指令将如下（伪代码）：

store immediate address_of_x, 12

如果将x放在寄存器中，则会得到：

move immediate regX, 12

在这两种情况下，12将成为编译代码块指令的一部分。因此它不会是一个独立的对象。

- Pavel Zhuravlev

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“临时对象仅存在于表达式本身中（也就是它们的临时作用域）。” 临时对象是无名的，因此它们没有任何关联的作用域。 - curiousguy

@curiousguy，这就是我称之为临时作用域的原因。在表达式被评估时，临时对象存在。同样命名的对象存在于程序停留在其作用域时。 - Pavel Zhuravlev