左值性(lvalueness)在C/C++中是表达式的一个重要属性。只有通过一个左值表达式才能来引用及更改一个对象(object)的值。(某些情况下,右值表达式也能引用(refer)到某一个对象,并且可能间接修改该对象的值,后述)。
何谓对象?如果没有明确说明,这里说的对象,和狭义的类/对象(class/object)相比,更为广泛。在C/C++中,所谓的对象指的是执行环境中一块存储区域(a region of storage),该存储区域中的内容则代表(represent)了该对象的值(value)。注意到我们这里所说的"代表",对于一个对象,如果我们需要取出(fetch)它的值,那么我们需要通过一定的类型(type)来引用它。使用不同的类型,对同一对象中的内容的解释会导致可能得到不同的值,或者产生某些未定义的行为。
在介绍左值之前,我们还需要引入一个概念: 变量(variable)。经常有人会把变量与对象二者混淆。什么叫变量?所谓变量是一种声明,通过声明,我们把一个名字(name)与一个对象对应起来,当我们使用该名字时,就表示了我们对该对象进行某种操作。但是并不是每个对象都有名字,也并不意味着有对应的变量。比如临时对象(temporary object)就没有一个名字与之关联(不要误称为临时变量,这是不正确的说法)。
1 C中的左值
1.1按照C的定义,左值是一个引用到对象的表达式,通过左值我们可以取出该对象的值。通过可修改的左值表达式(modifiable lvalue)我们还可以修改该对象的值。(需要说明的是,在C++中,左值还可以引用到函数,即表达式f如果引用的是函数类型,那么在C中它既不是左值也不是右值;而在C++中则是左值)。因为左值引用到某一对象,因此我们使用&对左值表达式(也只能对左值表达式和函数)取址运算时,可以获得该对象的地址(有两种左值表达式不能取址,一是具有位域( bit-field )类型,因为实现中最小寻址单位是 byte;另一个是具有register指定符,使用register修饰的变量编译器可能会优化到寄存器中)。
Ex1.1
char a[10]; // a is an lvalue representing an array of 10 ints.
char (* p)[10]=&a; // &a is the address of the array a.
const char* p="hello world"; //"hello world" is an lvalue of type char[12]
//in C, type const char[12] in C++.
char (*p)[12]=&"hello world";
struct S{ int a:2; int b: 8; };
struct S t;
int* p=&t.a; //error. t.a is an lvalue of bitfield.
register int i;
int * p=&i; //error. i is an lvalue of register type.
int a, b;
int * p=& (a+b); //error. a+b is not an lvalue.
1.2假设expr1是一个指向某对象类型或未完整类型(incomplete type,即该类型的布局和大小未知)的指针,那么我们可以断言*expr1一定是个左值表达式,因为按照*运算符的定义,*expr1表示引用到expr1所指向的对象。如果expr1是个简单的名字,该名字代表一个变量。
同样的,该表达式也是个左值,因为他代表的是该变量对应的对象。对于下标运算符,我们一样可以做出同样的结论,因为expr1[expr2]总是恒等于*( ( expr1 )+ expr2 ),那么p->member,同样也是一个左值表达式。然而对于expr1.expr2,则我们不能断定就是个左值表达式。因为expr1可能不是左值。
需要特别说明的是,左值性只是表达式的静态属性,当我们说一个表达式是左值的时候,并不意味着它一定引用到某一个有效存在的对象。int *p; *p是左值表达式,然而这里对*p所引用的对象进行读写的结果将可能是未定义的行为。
Ex1.2
extern struct A a;
struct A* p2= &a;
a是个左值表达式,因而可以进行&运算,然而此时stru A仍然没有完整。
//In C++
extern class A a;
A & r=a;// OK. Refers to a, though a with an incomplete type.
1.3可修改的左值
在语义上需要修改左值对应的对象的表达式中,左值必须是一个可修改的左值。比如赋值(包括复合赋值)表达式中的左操作数,必须是一个可修改的左值表达式;自增/减运算符的操作数等。
Ex1.3
const int a[2], i; //NOTE: a unintialized. legal in C, illegal in C++.
i++; //error, i is an lvalue of type const int.
a[0]--;//error, a[0] is an lvalue of const int.