lvalue和rvalue、傳值和傳引用、木桶

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在ddj上看到一篇文章，針對初學者，不過我覺得還是有一定的難度的。本來想翻譯過來，想想工作量會非常大，乾脆結合自己的知識，總結幾句。有興趣的話可以參考原文“Computer Programming and Precise Terminology”。文中闡述了定義和聲明的區別，寫得很精彩，讓大家瞭解了一些internals。由於我寫過一篇相關的文章，因此這裡不再囉嗦，想看的話可以參考“[原]C/C++：如何理解複雜的聲明”。

lvalue和rvalue
在電腦的遠古時代，變數的lvalue和rvalue是指：
lvalue：變數在記憶體中的位置。通過它能夠找到記憶體中存放的變數（location value）；
rvalue：存放在lvalue對應的記憶體中的東西（register value）；

變數的lvalue的存在表明有儲存空間，然而其rvalue並沒有對應儲存空間，它只是那片儲存空間對應的值。如果不考慮類型的話，那個就是一個1和0的序列。

好了，我們來看看：

// Allocate 4 bytes on stack and set content to 10. int i = 10;

例1

i的lvalue和rvalue如下（假定i在記憶體中的地址為0x1000）：
  　ｌｖａｌｕｅ　　　　　　　　ｒｖａｌｕｅ
 　 －－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－
  　｜０ｘ１０００｜　　　　　　｜　１０　　｜
  　－－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－
－〉｜字長　　　　｜＜－　　－＞｜ｉｎｔ　　｜＜－

圖1 i的lvalue和rvalue

對於：

// Allocate a machine word on stack and set content to NULL. int *p = NULL; // Allocate 4 bytes on heap and set content to 10, then set p's rvalue to the start address of these bytes. p = new int(10);

例2

p的lvalue、rvalue以及真正的值如下（假定p的地址為0x1008）：
　　ｌｖａｌｕｅ　　　　　　　　ｒｖａｌｕｅ
　　－－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－
　　｜０ｘ１００８｜　　　　　　｜０ｘ５０００｜　　　　　　｜　１０　　｜
　　－－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－
－〉｜字長　　　　｜＜－　　－＞｜　字長　　　｜＜－　　－＞｜ｉｎｔ　　｜＜－

圖2 p的lvalue和rvalue　　ｌｖａｌｕｅ　　　　　　　　ｒｖａｌｕｅ
　　－－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－
　　｜０ｘ５０００｜　　　　　　｜　１０　　｜
　　－－－－－－－－　　　　　　－－－－－－－
－＞｜　字長　　　｜＜－　　－＞｜ｉｎｔ　　｜＜－圖3 *p的lvalue和rvalue

傳值和傳引用
一個引用變數只能有取兩種值的rvalue：NULL和記憶體位址。在傳值時傳遞的是rvalue，傳引用則傳遞lvalue。也就是說：

int foo(int i); int main() {     int i = 10;     return foo(i); }

這段代碼中，foo()採用傳值方式來傳遞參數。也就是說i的lvalue並沒有被傳遞到foo()中。相反，在foo()的棧上會產生一個隱藏變數，並將i的rvalue，10，拷貝到其中——這是因為，如果沒有該變數的lvalue，那麼i的rvalue就沒有存放的地方。這樣，無論在foo()中對這個變數做任何修改都不會影響到i。如果要將foo()中i的修改反映到main()中，那就要採用傳引用方式：

int foo(int *i); int main() {     int i = 10;     return foo(&i); }

此時，&i表示的是傳遞i的lvalue。因此就不需要建立一個變數來存放該i的rvalue，相當於foo()直接存取main()中的i變數。這樣就能夠通過foo()來修改i的rvalue（參考圖1）。

那麼，如果我要修改例2中p的rvalue——使指標指向另一塊記憶體——也是同樣的道理：

int foo(int & *i); // Or: int foo(int **i); // But in c++ we prefer the first one. int main() {     int *p = NULL;     p = new int(10);     return foo(p);     delete p; }

此時根據foo()的signature，p的引用被傳遞。也就是說，p的lvalue被傳遞進去，那麼修改p的rvalue時就能使p指向另一塊記憶體（參考圖2）。

不光有些變數同時具有lvalue和rvalue，運算式也可能同時具有lvalue和rvalue。在傳遞參數時需要顯式指定使用lvalue或rvalue，除此之外，要判斷使用的是運算式的lvalue還是rvalue，需要根據context來判定。參考“數群組類型、函數類型到左值和右值的轉換”，在這裡有些爭論，不過現在完全同意這篇文章關於l/rvalue的觀點了。

木桶
對於運算式的lvalue來說，它的size是固定的——機器字長。而對於其rvalue來說就不是了。因此不能把兩個不同類型的變數相互賦值。一定要這樣做的話就需要使用類型轉換。這就好比有很多木桶，每個木桶的編號長度都是固定的，但大小不一樣。如果將小木桶裡的水倒入大木桶中自然沒有問題，但要反過來就會有問題，可能會導致資訊丟失。

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