在C++03中,表达式要么是右值,要么是左值。
在C++11中,表达式可以是:
右值左值x值glvalue值prvalue值
两个类别变成了五个类别。
这些新的表达类别是什么?这些新类别与现有的右值和左值类别有何关联?C++0x中的右值和左值类别是否与C++03中的相同?为什么需要这些新类别?WG21众神只是想迷惑我们这些凡人吗?
在C++03中,表达式要么是右值,要么是左值。
在C++11中,表达式可以是:
右值左值x值glvalue值prvalue值
两个类别变成了五个类别。
这些新的表达类别是什么?这些新类别与现有的右值和左值类别有何关联?C++0x中的右值和左值类别是否与C++03中的相同?为什么需要这些新类别?WG21众神只是想迷惑我们这些凡人吗?
当前回答
这是我为我正在写的一本高度可视化的C++书制作的Venn图,我很快将在开发期间在leanpub上发布这本书。
其他答案用文字更详细,并显示类似的图表。但希望这些信息的介绍是相当完整的,并且对参考也很有用。
在这个主题上,我的主要收获是表达式具有这两个财产:身份和可动性。第一个涉及事物存在的“坚固性”。这一点很重要,因为C++抽象机被允许并鼓励通过优化来积极地更改和压缩代码,这意味着没有身份的东西可能只会在编译器或寄存器中存在片刻,然后才会被践踏。但是,如果你回收它的内部,这样的数据也保证不会引起问题,因为没有办法尝试使用它。因此,移动语义被发明出来,允许我们捕获对临时变量的引用,将其升级为lvalues并延长其寿命。
移动语义最初不仅仅是为了浪费时间,而是为了让它们可以被其他人使用。
当你把你的玉米面包送人时,你送人的人现在拥有它。他们会吃掉它。一旦你送人,你不应该试图吃或消化这些玉米面包。也许玉米面包本来是往垃圾堆里去的,但现在是往他们的肚子里去了。它不再是你的了。
在C++领域,“消耗”资源的想法意味着资源现在归我们所有,因此我们应该进行任何必要的清理,并确保对象不会在其他地方访问。通常情况下,这意味着借用勇气来创建新对象。我称之为“捐献器官”。通常,我们讨论的是对象中包含的指针或引用,或者类似的东西,我们希望保留这些指针或引用的位置,因为它们引用的是程序中其他未消亡的数据。
因此,您可以编写一个接受rvalue引用的函数重载,如果传入了临时(prvalue),则将调用该重载。一个新的左值将在绑定到函数所取的右值引用时创建,从而延长临时值的寿命,以便您可以在函数中使用它。
在某一时刻,我们意识到,我们经常会在一个范围内处理完左值非临时数据,但却希望在另一个范围中进行分解。但它们不是右值,因此不会绑定到右值引用。所以我们做了std::move,这只是一个从左值到右值引用的花式转换。这样的数据是一个xvalue:一个以前的lvalue,现在就像它是一个临时的,所以它也可以从中移动。
其他回答
我一直在纠结这个问题,直到我看到cpreference.com对价值类别的解释。
这其实很简单,但我发现它的解释方式很难记住。这里非常示意性地解释了这一点。我将引用页面的某些部分:
主要类别主要值类别对应于表达式的两个财产:具有同一性:可以通过比较对象的地址或它们标识的函数(直接或间接获得)来确定表达式是否与另一个表达式引用相同的实体;可以从以下位置移动:移动构造函数、移动赋值运算符或实现移动语义的另一个函数重载可以绑定到表达式。表达式:具有标识且不能从中移动的称为左值表达式;具有标识并且可以从中移动的称为xvalue表达式;没有标识并且可以从中移动的称为prvalue表达式;没有标识并且无法从中移动。左值左值(“左值”)表达式是一个具有标识且不能从中移动的表达式。rvalue(直到C++11),prvalue(从C++11开始)prvalue(“pure rvalue”)表达式是一个没有标识的表达式,可以从中移动。x值xvalue(“过期值”)表达式是一个具有标识的表达式,可以从中移动。glvalue值glvalue(“广义左值”)表达式是左值或xvalue的表达式。它有身份。它可以移动,也可以不移动。右值(自C++11以来)右值(“右值”)表达式是一个prvalue或xvalue表达式。它可以从移动。它可能有身份,也可能没有身份。
让我们把它放到一张桌子上:
Can be moved from (= rvalue) | Cannot be moved from | |
---|---|---|
Has identity (= glvalue) | xvalue | lvalue |
No identity | prvalue | not used |
我想这份文件可以作为一个不那么简短的介绍:n3055
整个屠杀从移动语义开始。一旦我们有了可以移动而不可复制的表达式,突然间,容易掌握的规则要求区分可以移动的表达式和方向。
根据我根据草案的猜测,r/l值的区别保持不变,只有在移动的情况下才会变得混乱。
他们需要吗?如果我们想放弃新功能,可能不会。但为了实现更好的优化,我们可能应该接受它们。
引用n3055:
左值(历史上,因为lvalues可能出现在作业的左侧表达式)指定函数或一个物体。[示例:如果E是指针类型的表达式,则为*E是一个左值表达式,引用E所针对的对象或功能点。作为另一示例调用函数的结果返回类型是左值引用左值。]x值(An“eXpiring”值)也指对象,通常在其末端附近生命周期(以便其资源可以例如被移动)。x值为某些类型的结果涉及右值的表达式参考文献。[示例:调用函数的结果返回类型为右值引用为x值。]glvalue(“广义”左值)是左值或x值。右值(所谓,历史上,因为rvalues可以显示在赋值表达式)是xvalue,临时对象或子对象,或其值不与对象关联。A.prvalue(“纯”右值)是右值这不是xvalue。[示例:调用函数的结果返回类型不是引用是prvalue(压力值)]
所讨论的文件是这个问题的一个很好的参考,因为它显示了由于引入新的命名法,标准发生的确切变化。
这些新的表达类别是什么?
FCD(n3092)具有出色的描述:
-左值(历史上称为左值,因为左值可能出现在作业的左侧表达式)指定函数或一个物体。[示例:如果E是指针类型的表达式,则*E是一个左值表达式,表示E所指向的对象或函数点。作为另一个例子,结果调用其返回的函数类型是左值引用是左值-结束示例]-x值(An“eXpiring”值)也指对象,通常在其末端附近生命周期(以便其资源例如移动)。xvalue是某些类型表达式的结果涉及右值参考(8.3.2)[示例:调用返回类型为rvalue引用是一个xvalue-终止示例]-glvalue(“广义”左值)是左值或x值。—右值(历史上称为,因为右值可能出现在作业的右侧表达式)是一个xvalue,一个临时对象(12.2)或其子对象,或与对象-prvalue(“纯”rvalue)为不是xvalue的右值。[示例:调用返回类型不是引用是prvalue。a的值文字,如12、7.3e5或true也是prvalue-结束示例]每一个表达式正好属于中的基本分类此分类法:lvalue、xvalue或prvalue。一个表达式称为其值类别[注:讨论第5条中的每个内置运算符指示其值的类别收益率和价值类别它需要的操作数。例如内置赋值运算符左操作数是左值,并且右操作数是prvalue并作为结果产生左值。用户定义的运算符是函数,以及他们的价值类别预期和收益由以下因素决定它们的参数和返回类型-终止笔记
我建议您阅读整个第3.10节L值和右值。
这些新类别与现有的右值和左值类别有何关联?
再一次:
C++0x中的右值和左值类别是否与C++03中的相同?
右值的语义随着移动语义的引入而不断发展。
为什么需要这些新类别?
以便定义和支持移动构造/分配。
为什么需要这些新类别?WG21众神只是想迷惑我们这些凡人吗?
我觉得其他的答案(虽然很多都很好)并没有真正抓住这个问题的答案。是的,这些类别的存在是为了允许移动语义,但复杂性的存在有一个原因。这是C++11中移动内容的一条不可侵犯的规则:
只有在毫无疑问安全的情况下,你才能移动。
这就是为什么存在这些类别:能够在安全的地方谈论价值观,而在不安全的地方讨论价值观。
在最早版本的r值引用中,移动很容易发生。太容易了。很容易,当用户不是真的想这样做的时候,就有很大的潜力来隐式移动东西。
以下是移动物品的安全情况:
当它是临时对象或其子对象时。(prvalue)当用户明确表示要移动它时。
如果您这样做:
SomeType &&Func() { ... }
SomeType &&val = Func();
SomeType otherVal{val};
这有什么作用?在较旧版本的规范中,在5个值出现之前,这将引发一个变化。当然了。您向构造函数传递了一个右值引用,因此它绑定到接受右值引用的构造函数。这很明显。
这只是一个问题;你没有要求移动它。哦,你可能会说&&应该是一个线索,但这并不能改变它违反规则的事实。val不是临时的,因为临时人员没有名字。你可能延长了暂时的生命周期,但这意味着它不是暂时的;它就像任何其他堆栈变量一样。
如果这不是暂时的,并且你没有要求移动它,那么移动是错误的。
显而易见的解决方案是使val成为左值。这意味着你不能离开它。好的,好的;它被命名,所以它是一个左值。
一旦你做到了这一点,你就不能再说SomeType&&在任何地方都意味着相同的东西。现在,您已经区分了命名的右值引用和未命名的右值引用。嗯,命名的右值引用是左值;这就是我们上面的解决方案。那么我们怎么称呼未命名的右值引用(上面Func的返回值)呢?
它不是左值,因为你不能从左值移动。我们需要能够通过返回&&;你怎么能明确地说要搬东西?毕竟,这就是std::move返回的结果。这不是一个右值(老式),因为它可以位于方程的左侧(事实上情况有点复杂,请参阅下面的问题和注释)。它既不是左值,也不是右值;这是一种新事物。
我们所拥有的是一个可以作为左值处理的值,除了它可以从中隐式移动。我们称之为xvalue。
注意,xvalues是我们获得其他两类值的原因:
prvalue实际上只是先前类型的rvalue的新名称,即它们是不是xvalue的rvalues。Glvalues是xvalues和lvalue在一个组中的联合,因为它们确实共享许多共同的财产。
所以,实际上,这一切都归结为xvalue和将移动限制在特定位置的需要。这些地方由右值类别定义;prvalues是隐式移动,xvalues是显式移动(std::move返回一个xvalue)。
我将从你的最后一个问题开始:
为什么需要这些新类别?
C++标准包含许多处理表达式的值类别的规则。有些规则区分左值和右值。例如,当涉及到过载解决方案时。其他规则区分glvalue和prvalue。例如,可以有一个glvalue具有不完整或抽象类型,但没有prvalue具有不完全或抽象类型。在我们使用这个术语之前,实际上需要区分glvalue/prvalue的规则称为lvalue/rvalue,它们要么是无意中错误的,要么包含大量对规则的解释和例外“……除非rvalue是由于未命名的rvalue引用……”。因此,只给glvalues和prvalues的概念起自己的名字似乎是个好主意。
这些新的表达类别是什么?这些新类别与现有的右值和左值类别有何关联?
我们仍然有与C++98兼容的术语lvalue和rvalue。我们将右值分为两个子组,xvalue和prvalue,我们将左值和xvalue称为glvalue。Xvalues是未命名右值引用的一种新的值类别。每个表达式都是这三个值之一:lvalue、xvalue、prvalue。Venn图如下所示:
______ ______
/ X \
/ / \ \
| l | x | pr |
\ \ / /
\______X______/
gl r
函数示例:
int prvalue();
int& lvalue();
int&& xvalue();
但也不要忘记,命名的rvalue引用是lvalues:
void foo(int&& t) {
// t is initialized with an rvalue expression
// but is actually an lvalue expression itself
}