如何识别Rvalue或Lvalue引用以及if-it-has-a-name规则

Question

我正在阅读Thomas Becker关于右值引用和其使用的文章。在其中，他定义了所谓的如果它有一个名字(if-it-has-a-name)规则：

声明为右值引用的东西可以是左值或右值。区分的标准是：如果它有一个名字，那么它就是一个左值。否则，它就是一个右值。

对我来说，这听起来非常合理。它也清楚地识别了右值引用的右值特性。

我的问题是：

1. 您是否同意这个规则？如果不同意，您能举出违反此规则的例子吗？
2. 如果没有违规情况，我们能否使用此规则来定义表达式的右值/左值特性？

- Mustafa

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这也等同于“如果你可以获取一个表达式的地址，那么它就是一个左值”。但这并不正确。然而，否定形式是正确的：“如果你无法获取一个表达式的地址，那么它就是一个右值”。 - Nawaz

@Nawaz 不完全正确... 你不能取一个位域的地址，但它可能是一个左值。C++极其复杂的本质再次显现 :-) - Brian Bi

@mustafa：这是一个例子：http://coliru.stacked-crooked.com/a/599453432bbbc7b4 - Nawaz

@Nawaz，感谢您提供（病态的）示例。 - Mustafa

@MattMcNabb 在C++中，你可以取register变量的地址。 - T.C.

Answer 1

这是用来解释 lvalue 和 rvalue 之间区别的最常见的“经验法则”之一。

在 C++ 中，情况比这复杂得多，因此这只是一个经验法则。我将尝试概括一些概念，并尝试说明为什么在 C++ 世界中这个问题如此复杂。首先，让我们回顾一下曾经发生过什么。

从 C 开始

首先，"lvalue" 和 "rvalue" 最初在编程语言领域中是什么意思?

在像 C 或 Pascal 这样的简单语言中，这些术语用于指代可以被放置在赋值运算符的左边或右边的东西。

在像 Pascal 这样的语言中，赋值不是表达式，而仅是语句，因此差异非常明显，并且以语法术语定义。lvalue 是变量的名称，或数组下标。

这是因为只有这两个东西能够出现在赋值运算符的左边:

i := 42; (* ok *)
a[i] := 42; (* ok *)
42 := 42; (* no sense *)

在C语言中，同样存在这种差异，并且从语法上来说仍然是准确的，你可以看一行代码并确定一个表达式是否会产生左值或右值。

i = 42; // ok, a variable
*p = 42; // ok, a pointer dereference
a[i] = 42; // ok, a subscript (which is a pointer dereference anyway)
s->var = 42; // ok, a struct member access

那么C++发生了什么变化？

小语言成长为大语言

C++中变得更加复杂，区别不再是语法层面的，而是涉及到类型检查过程，原因有两个：

• 只要其类型具有适当的operator=重载，一切都可以留在赋值语句的左侧
• 引用

这意味着在C++中，你不能仅仅通过观察语法结构来确定表达式是否会产生lvalue。例如：

f() = g();

如果例如f()返回一个引用，在C语言中可能没有意义，但在C++中完全合法，这就是像v[i] = j这样的表达式适用于std::vector的原因： operator [] 返回对元素的引用，因此可以将其赋值。

那么现在还有什么区别lvalue和rvalue的意义吗？ 当然，对于基本类型仍然有区别，但也可以决定什么可以绑定到非const引用。

这是因为您不希望出现以下合法代码：

int &x = 42;
x = 0; // Have we changed the meaning of a natural number??

因此，该语言仔细地说明了什么是左值，什么不是左值，并且指出只有左值可以绑定到非const引用。因此，上面的代码是不合法的，因为整数字面量不是一个左值，因此非const引用无法绑定到它。

请注意，const 引用是不同的，因为它们可以绑定字面量和临时变量（甚至可以扩展这些临时变量的生命周期）：

int const&x = 42; // It's ok

到目前为止，我们只接触了在C++98中已经存在的内容。规则已经比“如果有名称，则为lvalue”更复杂，因为您必须考虑引用。因此，返回非const引用的表达式仍被认为是lvalue。

另外，这里提到的其他经验法则并不适用于所有情况。例如，“如果可以取其地址，则为lvalue”。如果您所说的“取地址”是指“应用operator&”，那么它可能有效，但不要欺骗自己认为您永远不会拥有临时变量的地址：例如，临时成员函数中的“this”指针将指向它。

C++11中发生了什么变化

C++11通过添加“rvalue引用”的概念将更多的复杂性放入了bin中，即引用可以绑定到rvalue上，即使非const也是如此。它只能应用于rvalue的事实使其既安全又有用。我认为没有必要解释为什么需要rvalue引用，所以继续。

问题在于现在我们有更多的情况要考虑。那么现在什么是rvalue呢？标准实际上区分了不同类型的rvalue，以便能够正确地说明rvalue引用的行为以及在存在rvalue引用时的重载解析和模板参数推导。因此，我们有像xvalue，prvalue之类的术语，这使得事情更加复杂。

我们的经验法则呢？

因此，“所有具有名称的内容都是lvalue”仍然可能是正确的，但肯定不是每个lvalue都具有名称。返回非const lvalue引用的函数是一个lvalue。返回值创建临时对象并且是rvalue的函数，所以返回rvalue引用的函数也是rvalue。

“临时变量是rvalue”怎么样？这是正确的，但通过简单地强制转换类型（正如std :: move所做的那样），也可以将非临时变量变为rvalue。

因此，我认为如果我们记住它们是经验法则，所有这些规则都是有用的。它们总会有一些边角案例不适用，因为要准确地指定rvalue是什么以及什么不是，我们不能避免使用标准中使用的确切术语和规则。这就是它们被编写的原因！

- gigabytes

Answer 2

虽然这个规则适用于大多数情况，但我不能完全同意它：

对匿名指针的解引用没有名称，但它是一个左值：

foo(*new X);  // Not allowed if foo expects an rvalue reference (example of the article)

基于标准，并考虑到临时对象作为右值的特殊情况，我建议更新规则的第二句话：

"……标准是：如果它指定的是一个不是临时性质的函数或对象，则它是左值。……"

- Christophe

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你的新规则不起作用。你可以将非临时变量强制转换为右值。 - Edward Strange

有没有一种简单且明确的方法来识别具有临时性质的函数/对象？ - Mustafa

标准的第12.3节列出了创建临时对象的特定情况。我不确定是否可以用一句话概括，但我会说“临时对象是在表达式中创建的对象，在表达式结束后不再保留”。这包括匿名对象、编译器为表达式评估、转换等目的而创建的对象...你认为呢？ - Christophe

Answer 3

问题1：该规则严格指的是分类右值引用类型的表达式，而不是一般表达式。在这个上下文中，我几乎同意它（“几乎”是因为还有一些细微差别，请参见下面的引用）。精确措辞在标准中的注释[第5条第7段]中：

总的来说，这个规则的作用是将命名的右值引用视为左值，将未命名的右值引用 对象 视为 xvalue；无论是否命名，右值引用 函数 都被视为左值。

（强调是我自己加的，出于显而易见的原因）

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问题2: 从其他答案和评论中可以看出（其中有一些很好的例子），关于表达式值类别的概括性简洁陈述存在问题。以下是我对此的看法。

我们需要从另一方面来看待这个问题：不是试图指定哪些表达式是左值，而是列出哪些是右值；左值就是“其他所有东西”。

首先，为了使事情清晰明了，给出一些定义：

- “对象”指的是数据存储区域，而不是函数或引用（这是标准中的定义）。 - 当我说一个表达式“生成”某个东西时，我的意思是它不仅仅是命名或引用它，而且实际上构造并返回它，作为运算符、函数调用（可能是构造函数调用）或转换（可能是隐式转换）的结果。

现在，基于[3.10]（但也涉及标准中的许多其他地方），一个表达式是右值当且仅当它是以下之一：

1. 一个与对象无关的值（如this或字面量7，不是字符串）；
2. 通过值生成对象的表达式，也称为临时对象；
3. 生成指向对象的rvalue引用的表达式；
4. 递归地，使用rvalue之一的以下表达式：
   • x.y，其中x是rvalue，y是非静态成员对象；
   • x.*y，其中x是rvalue，y是指向成员对象的指针；
   • x[y]，其中x或y是数组类型的rvalue（使用内置的[]运算符）。

就是这样。

嗯，从技术上讲，以下特殊情况也是rvalue，但我认为它们在实践中并不相关：

5. 函数调用返回 void，强制类型转换为 void，或者 throw（显然不是左值，我不确定在实践中为什么会对它们的值类别感兴趣）；
6. 其中之一是 obj.mf、ptr->mf、obj.*pmf 或 ptr->*pmf（mf 是非静态成员函数，pmf 是指向成员函数的指针）；这里我们严格讲的是这些形式，而不是可以使用它们构建的函数调用表达式，你真的不能对这些做任何事情，除了进行函数调用，这是完全不同的表达式（需要应用上述规则）。

就是这样了。其他所有都是lvalue。我发现用这种方式推理表达式很容易，因为上面的所有类别都很容易辨认。例如，看一个表达式，排除上述情况，并决定它是一个lvalue是很容易的。即使对于第4类，其描述更长，表达式也很容易识别（我尽力让它成为一行代码，但最终失败了）。

涉及操作符的表达式可以是lvalue或rvalue，具体取决于使用的确切操作符。内置操作符指定每种情况下会发生什么，但用户定义的操作符函数可以改变规则。确定表达式的值类别时，表达式的结构和涉及的类型都很重要。

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注释：

• 关于类别1：
  • 在示例中，this指的是指针值，而不是*this。
  • 字符串字面量是lvalue，因为它们是静态存储期的数组，所以它们不适合类别1（它们与对象相关）。
• 与类别2和3相关的一些示例：
  • 假设有声明int& f(int)，表达式f(7)不通过值生成对象，因此不适合类别2；它确实生成了一个引用，但它不是右值引用，因此也不适用于类别3；该表达式是左值。
  • 假设有声明int&& f(int)，表达式f(7)生成了一个右值引用；类别3适用于这里，因此该表达式是右值。
  • 假设有声明int f(int)，表达式f(7)通过值生成了一个对象；类别2适用于这里，该表达式是右值。
  • 对于转换，我们可以按照上面三个项目的推理进行。
  • 假设有声明int&& a，使用表达式a不会生成一个右值引用；它只是使用了引用类型的标识符。类别3不适用，该表达式是左值。
  • Lambda表达式通过值生成闭包对象 - 它们属于类别2。
• 与类别4相关的一些示例：
  • x->y被转换为(*x).y。*x是左值（它不适合上述任何一类）。因此，如果y是非静态成员对象，x->y是左值（它不适合类别4，因为有*x，也不适合第6个，因为它只涉及成员函数）。
  • 在x.y中，如果y是静态成员，则类别4不适用。这样的表达式始终是左值，即使x是右值（第6项也不适用，因为它涉及非静态成员函数）。
  • 在x.y中，如果y的类型为T&或T&&，则它不是成员对象（记住，对象，不是引用，不是函数），因此类别4不适用。这样的表达式始终是左值，即使x是右值，甚至y是右值引用。
• 类别4在C++11中略有不同，但我认为这种措辞对于C++14是正确的。（如果您坚持要知道，那么从rvalue数组进行下标操作的结果在C++11中是左值，在C++14中是xvalue - issue 1213。）
• 将rvalue进一步分为xvalue和prvalue对于C++14相对简单：类别1、2、5和6是prvalue，3和4是xvalue。对于C++11，情况略有不同：类别4被分为prvalue、xvalue和lvalue（如上所述，也作为issue 616的解决方案的

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  所有引用均指N4140，即发布前的最后一个C++14草案。

  我最初在这里找到了最后两个特殊的右值引用情况here（当然，标准中也有，但更难找）。请注意，该页面上并非所有内容都适用于C++14。它还包含了关于主要值类别背后原理的非常好的摘要（位于顶部）。

- bogdan

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你认为枚举常量是值吗？ - dyp

“给定声明 int f(int)，表达式 f(7) 通过值生成一个对象。” 你确定吗？我认为非类、非数组类型的 prvalue 不是对象。 - dyp