C語言中的lvalue, rvalue

http://sunxiunan.com/?p=1628

 

lvalue算是C語言裡面不怎麼太容易說清楚的概念，我們上學的時候多半稱之為left-value左值，對應的還有在C++標準中的rvalue，也就是右值。

在wiki百科上http://en.wikipedia.org/wiki/Value_%28computer_science%29 解釋了一些。

首先什麼是value？value也好object也好在電腦內部的表示都是0和1，沒有什麼區別，某一塊記憶體位址的資料，按照整數解釋是一個值，按照class CObject解釋又是另外一個值，浮點數也好字串也好，如果光看這個記憶體位址裡面的資料是沒法看出什麼究竟的。所以需要編譯器做一些處理在某個地方記錄下來類型資訊。

上面文字翻譯成中文就是lvalue是程式運行時可以通過地址（address）資訊編程存取的值（比如通過&操作符），意味著他們是變數或者可以提領（dereferenced，通常用*操作符）某一塊特定記憶體位置。在C++標準中說明：不是lvalue的值就是rvalue。我們不能把rvalue作為lvalue使用，但是反過來可以，比如int a = b; 其中變數b可以為lvalue。

在偉大的K&R第二版中197頁寫道：一個對象是被命名的儲存地區或者被指向一Block Storage地區（an object is a named or pointed to region of storage）；一個lvalue是一個指向對象的運算式（an lvalue is an expression referring to an object），（！！注意lvalue是一個運算式，這在後面例子中會體現出來）。。。lvalue這個名字來自賦值運算式E1 = E2，其中左邊的運算元E1必須是一個lvalue。

在Dan Saks的文章中提到，一個rvalue之所以不引用一個object，不是因為不能，而是因為不需要（Conceptually, an rvalue is just a value; it doesn’t refer to an object. In practice, it’s not that an rvalue can’t refer to an object. It’s just that an rvalue doesn’t necessarily refer to an object. Therefore, both C and C++ insist that you program as if rvalues don’t refer to objects.）

我們拿int n = 1; 來做說明，如果1是一個lvalue，那麼產生的彙編代碼類似下面這樣：

one: .word 1 
      … 
      mov (one), n

實際上對於大多數機器而言，其實是對n直接操作，類似：

mov #1, n

在這裡1沒有像我們想象的那樣指向一個object（如one），而是直接就操作了。甚至還有的機器產生彙編代碼如：

clr n 
     inc n

先把n清零，然後增加n的值，這裡面根本就沒有出現1。

MSDN部落格上http://blogs.msdn.com/vcblog/archive/2009/02/03/rvalue-references-c-0x-features-in-vc10-part-2.aspx

有一篇非常詳細的文字解釋c++中的lvalue，rvalue，有興趣的可以去看看。其中最為重要的一句話就是“another way to determine whether an expression is an lvalue is to ask "can I take its address?".  If you can, it’s an lvalue.  If you can’t, it’s an rvalue. ”翻譯為中文就是“決定一個運算式是否是lvalue的方法可以是：我能不能擷取它的地址？如果可以，那就是lvalue，否則就是rvalue。”另外需要著重說明的是，lvalue一定可以擷取地址，但不要求是可以修改的（如const，如後面提到的字串字面值）。

加法操作一直返回一個rvalue，比如m+ 1 = n; 這就沒法編譯通過，因為 m + 1 這個運算式是一個rvalue。

針對lvalue中的l，我們也可以認為是location，其實也就是能不能擷取地址的另一種意思，這也就是為何數字型字面值以及非引用型函數不是lvalue的原因。

char(*pchar)[] = &("aabbccddee");

有些文章說字串字面值（string literals）算是lvalue，但是不能改變這個值，上面的代碼就是一個示範。

*&("aabbccddee") = ‘a’;

這個指派陳述式在VC6下編譯通過（這是錯誤的！），在Xcode中出錯提示“對read-only location賦值”，在VC2008下提示"left operand must be l-value"。所以還是建議大家用新版本的編譯器來學習工作，否則很容易造成誤解。

下面我舉幾個例子，大家看看能否判斷是lvalue還是rvalue。

obj , *ptr , ptr[index] , ++x, 1729 , x + y , std::string("meow") , x++

在VC6中編寫一個最簡單的操作台程式，輸入下面代碼：

int main(int argc, char* argv[]) 
    { 
        int obj = 0; 
        int* ptr = &obj; 
        int x = 1; 
        int* ptr2 = &(++x); 
        int* ptr3 = &(x++); 
        return 0; 
    }

編譯結果是testconsole1.cpp(12) : error C2102: ‘&’ requires l-value，第12行就是int* ptr3 = &(x++);

稍微修改一下這段代碼讓它做一下deference操作：

int main(int argc, char* argv[]) 
{ 
    int x = 1;    
    *&(++x) = 9; 
    *&(x++) = 10; 
    return 0; 
}

同樣也是在x++這一行編譯不通過。儘管x++或者++x並沒有修改x的記憶體位置，但x++這種形式就是rvalue，沒法對這個運算式進行提領（*）操作。很有意思吧，這裡面應該還有更說得通的理由，希望有高人指點一下。（在msdn blog上的解釋是x++這種形式會產生臨時對象，但那是針對C++而言，不知道對於C來說是不是也是同一種解釋）

既然是運算式，函數也是運算式一種形式，是不是也可以作為lvalue出現呢？stackoverflow上有一個問題裡面舉了一個很有意思的例子http://stackoverflow.com/questions/579421/often-used-seldom-defined-terms-lvalue

#include "stdafx.h" 
      static int aa = 0; 
      int* func() {   
         aa++; 
         return &aa; 
       } 
int main(int argc, char* argv[]) 
{ 
    *func() = 42; 
    printf("%d", aa); 
    return 0; 
}

在VC6下運行結果為43（？！），而VC2008以及Mac XCode3.1運行結果為42，在這裡VC6好像是有一些問題啊。當然我們期望aa結果應該是42.

相關參考文檔：ISO C99標準

《The New C Standard》http://www.coding-guidelines.com/cbook/cbook1_2.pdf

《C Programming Language》K&R第二版

http://publications.gbdirect.co.uk/c_book/

http://www.cs.dartmouth.edu/~chris/cs23/summit-intro/

http://www.embedded.com/story/OEG20010518S0071