[zt]关于左值"lvalue"和右值"rvalue"的一点理解

关于左值"lvalue"和右值"rvalue"的一点理解
原文地址：http://bbs.chinaunix.net/viewthread.php?tid=749505&

看了帖子
"hello" 的类型是 const char *?
发现很多朋友对"lvalue"和"rvalue"理解有误，我先谈谈自己对此的一些理解，并期望能够引起更多朋友的广泛讨论。也算起到抛砖引玉的作用吧。

QUOTE:

注：
这里所说主要针对标准C语言。（感谢whyglinux兄指正）

首先说明一下何谓"l-value”和"r-value“。
"l-value”的定义：

QUOTE:

《TCPL》A.5：An object is a named region of storage, an l-value is an expression referring to an object.

QUOTE:

《ISO/IEC9899 WG14/N1124》P58：An l-value is an expression with an object type or an incomplete type other than void.

"r-value"的定义：

QUOTE:

《C: A reference manual》(Fifth Edition) P203: An expression that is not an l-value is sometimes called an r-value because it can be only on the right-hand side of an assignment.

可以看出《TCPL》和《C99 WG14》（准标准文档）对"lvalue"的定义有一定的变化，后者更宽泛一些。
"l-value"的称谓来自于赋值运算，

QUOTE:

《ISO/IEC9899 WG14/N1124》P58：The name "l-value" comes originally from the assignment E1 = E2, in which the left operand E1 is required to be a (modifiable) l-value.

但是其本身表示的含义不局限于此。"lvalue"还可以分为一般的"lvalue"和"modifiable lvalue"。

QUOTE:

注：
这里为什么不说："lvalue"还可以分为"unmodifiable lvalue"和"modifiable lvalue"
是因为在标准中只出现了"modifiable lvalue" 而没有出现"unmodifiable lvalue"的字眼，可以这样理解，但我个人不主张引入非标准中出现的专用名词，以免造成误解。
感谢whyglinux兄指出。

QUOTE:

《ISO/IEC9899 WG14/N1124》P58： A modifiable lvalue is an lvalue that does not have array type, does not have an incomplete type, does not have a const-qualified type, and if it is a structure or union, does not have any member (including, recursively, any member or element of all contained aggregates or unions)wit a const-qualified type.

"lvalue"的概念可以用来对operators进行分析，就是看哪些operators可以产生"lvalue"，哪些operators的左操作数要求是"lvalue"。例如：

QUOTE:

对于地址
(void *)0x800000FF
*0x800000FF就不是"lvalue"，因为*0x800000FF是void类型，但是cast operator可以产生"lvalue":
*(char *)0x800000FF 是"lvalue"，并且是"modifiable lvalue"。
*(char *)0x800000FF = ‘a';

QUOTE:

注：非常对不起，这个例子是不正确的。whyglinux兄指出：
0x800000FF是整型，不是指针类型，因此 *0x800000FF 是非法的，还谈不上是左值还是右值的问题。
你可能是想说明 *(void*)0x800000FF，不过显然也是非法的。
另外，你说的“cast operator可以产生"lvalue"”是错误的。恰恰相反，在标准 C 和 C++ 中，cast operator 操作结果产生的是右值。
其实cast operator产生左值只是编译器（如GCC）的extentions，标准C中在脚注中明确指出：
"A cast does not yield an lvalue."
（谢谢whyglinux兄斧正）

对于赋值运算，要求其左操作数必须为"lvalue"。（这个就不用多说了）

我觉得简单一点的话，"lvalue"和"rvalue"可以这样理解：
"lvalue"必须对应于一块确定的内存空间，并且在编译时已经确定了；

QUOTE:

注：
这里理解有误，这句话对于《TCPL》中"lvalue"的定义可能有效，但是对于更宽泛的定义有问题。根据《ISO/IEC9899 WG14/N1124》的定义，对于非 void 的非完整类型（incomplete type）的引用是左值，因此，它与此存储空间编译时是否确定、是否真实存在以及是否能够实际访问无关。那么是否可以这样理解：
"lvalue"必须对应于一块存储空间，并且是对非void 类型的object的reference。
（感谢whyglinux兄斧正）

"rvalue"可以理解为一段存储空间表示的值或一个表达式的值，它强调的是value的本意。
标准中建议这样理解：

QUOTE:

《ISO/IEC9899 WG14/N1124》P58 footnote 53)：It (lvalue) is perhaps better considered as representing an object "locator value". What is sometimes called "rvalue" is in this International Standard described as the "value of an expression".

所以，我认为按照"rvalue"的定义，任何有确定值的量都可以作为"rvalue"，只是按照C语言的标准，有些量作为"rvalue"将引发"undefined Behavior"或其他意想不到的问题。
而"lvalue"可以作为"rvalue"，但是"rvalue"不一定可以作为"lvalue"来使用。

QUOTE:

注：
这里的说法需要进一步说明。C标准中对"lvalue"进行了原始的定义，而"rvalue"是在"lvalue"的基础上定义的，就相当于“错”在“对”的基础上定义为“不对”。whyglinux兄指出的：左值和右值的概念是对立的，左值可以作为右值是因为 C 和 C++ 标准中规定的 lvalue-to-rvalue 转换所致。虽然这个我没有找到原文（有哪位知道请不吝告知），但我觉得是有道理的。所以说"lvalue"可以作为"rvalue"（但不是所有的适合，因为对"lvalue"求值可能得到垃圾数据或造成非法操作）。另一方面，一个表达式是"lvalue"可以说是“天生的”，但是一个表达式是"rvalue"却存在两种情况：一类是“天生的”（比如整型常量100）；而还有一类是"lvalue"转换来的，这一类的"rvalue"其实既可以称为"rvalue"（当然要在具体上下文环境中，因为"rvalue"的定义就是和合法的赋值运算紧密联系在一起的）又可以称为"lvalue"，所以这一类的"rvalue"是可以作为"lvalue"来使用的。因此这里说“"rvalue"不一定可以作为"lvalue"来使用”主要是考虑这种情况。
例如：

CODE:

int x;
int y = 10;
x = y; /*这里变量y按定义是"lvalue"，但是转化为"rvalue"来使用，针对赋值运算来说也可以称为
"rvalue"*/
y = 100; /*这里y按其本来的类型作为"lvalue"来使用*/

（感谢whyglinux兄指出）

举几个例子：
1、"hello world"是string literal（如帖中whyglinux兄所说），并且是数组类型，C标准说string literal 将存储在静态存储区，并且其元素具有char类型（注意：标准《ISO/IEC9899 WG14/N1124》并没有说其元素具有const char类型，其实在老版本的C中没有const关键字，它是从C++中借鉴过来的）。但是"hello world"确实是表示了同const char *相同的意思。所以可以这么说吧。有点扯远了，那么"hello world"是不是"lvalue"？答案是：它是不可修改的"lvalue"。可以这样来分析：首先"hello world"具有确定的数据类型，然后它所在的内存地址在编译的时候已经确定了（在静态存储区的某段连续的空间）。
2、看以下一段代码：

CODE:

char *p;
*p = 'a';
printf("%c\n", *p);

大家都能看出这是一段错误的代码，其原因可以归结为"incorrect use of assignment"，因为*p不是
"lvalue"，因为p指向了一个在编译期间无法确定的object，因而*p所对应的内存空间是不确定的。

QUOTE:

注：
这里解释完全错误。根据《ISO/IEC9899 WG14/N1124》对"lvalue"的定义，*p应该是"lvalue"。
（感谢wolf0403兄斧正）

那么*p是"rvalue"吗？答案是：它按定义来说是"rvalue"。因为*p不管怎样在每次运行的时候都会有值存在（只不过是垃圾数据或会导致非法访问）。所以应该说：*p是"rvalue"但是不能在实际中当"rvalue"来用。

那么p是不是"lvalue"呢？这是当然了，它是"lvalue"而且还是"modifiable lvalue"，要不然如何初始化呢？

QUOTE:

注：“要不然如何初始化呢”一句中的“初始化”应该是“赋值”，不是笔误，是针对下一句代码的，是思路错误。呵呵。
（感谢whyglinux兄斧正）

原因也可以像以上所示方法分析。

CODE:

p = malloc(BUFSIZ * sizeof (*p));

3、"lvalue"可以作为"rvalue"，但不是所有的都可以。以下代码：

QUOTE:

注：这里有错误。任何函数调用不是"lvalue"，还有标准也明确给出函数名（function designator）不是左值，因为function designator 是function type而不是object type，所以它也不是"lvalue"。
例子应该是：不能作为"rvalue"的例子。
（感谢whyglinux兄斧正）

CODE:

void foo(void)
{
/*do something...*/
}
int i;
i = foo(); /*function call是表达式，foo()是"lvalue"但在这里不能作为"rvalue"*/
这里的foo()函数调用不是"lvalue"。

4、两个“天生”就是"rvalue"的例子

CODE:

#define CONSTANT 10
int num;

num = 3; /*整数、浮点数、字符（不是字符串）常量“天生”是"rvalue"*/
num = CONSTANT; /*宏定义的常量也是"rvalue"*/

其实我觉得深入了解C标准中的一些原始定义，不仅可以更深入地了解C语言本身，而且在查找问题的时候可以直接深入其根源，这样就能更容易地找到治本的良方了。这方面我觉得国内的朋友相比国外的同行来说应该加油了，一个很深刻的例子是：有一次，我在comp.lang.c上看到一位网友发帖问问题的时候对一段代码给出了这么一句话：

CODE:

<snip>
int result;
int x = 3;
int y = 4;
result = max(x, y);
<snip>

The parameters of the function max in the function call statement...
马上就有人指出这里的"parameters"用错了，应该是"arguments"，因为"parameters"是用来描述形参，而"arguments"是用来描述实参的。这可能有语言上的差异，但有一点是相通的，那就是"argument"和"parameter"在C标准中具有不同的意思。