认识左值与常引用

Posted 2020-08-20 恋喵大鲤鱼

代码编译运行环境：VS2017+Win32+Debug

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1.左值的定义

左值（Lvalue）是C++中的一个基本概念，指可寻址的非只读表达式。通俗来讲，凡是可以出现在赋值运算符左边的表达式都是左值。与左值相对的就是右值（Rvalue），只能出现在赋值运算右边的表达式都是右值，所以，左值一定可以作为右值，右值一定不能作为左值。

理解左值的概念，需要注意一下几点：
（1）左值一定是可以寻址的表达式，不能寻址的表达式不能作为左值。例如，表达式3+5是一个符号常量表达式，它不能被寻址，因此就不能作为左值。
（2）常变量虽然可以寻址，但是由于只读的限制，也不能作为左值。
（3）如果表达式的运算结果是一个由文字常量生成的临时无名对象，则表达式不能作为左值，如下面的例子。

#include <iostream>
using namespace std;

int func()
{
    return 0;
}

int main(int argc,char* argv[])
{
    int i;
    i+1=5;    //statement1
    func()=5; //statement2
}

以上程序中statement1和statement2均是非法语句，原因是i+1的运算结果是一个文字常量构成的临时无名对象，函数func()的返回值也是一个文字常量构成的临时无名对象，所以他们都不能作为左值。注意，这里的临时无名对象指的是没有任何标识符与之关联的文字常量，包括数值常量、字符常量与符号常量，不包括类对象。

（4）如果表达式的运算结果是一个引用，则此表达式可以作为左值，如下面的例子。

#include <iostream>
using namespace std;

int& func()
{
    int a=0;
    return a;
}

int main(int argc,char* argv[])
{
    int i=1;
    (i+=1)=5;          //statement1
    cout<<" "<<i<<endl; 
    cout<<(func()=6);  //statement2
}

程序的输出结果是：5 6。在statement1中，由于表达式i+=1的运算结果是对i的引用，所以它也可以作为左值。而在statement2中，函数调用func()的返回结果是对局部变量a的引用，所以该表达式也可以作为左值。

由此可以，并不是只有单个变量才能作为左值，也不能仅由表达式的外在形式判断它是否为左值，需要根据一个表达式的运算结果的性质进行判断。

2.建立引用的条件

由于引用变量中实际上存放的是被引用对象的地址，所以，左值一定可以建立非常引用。对非左值建立常引用，首先要考虑该表达式结果是否能寻址，其次还要考虑表达式结果的数据类型与引用数据类型是否一致，只有在满足了这两个条件的基础上，才能将表达式结果的地址送入引用变量。否则，只能另外创建一个无名变量，该变量中存放非左值表达式的运算结果，然后再建立对该无名变量的常引用。

在C++语言中，经常把函数的参数声明为引用，这样在发生函数调用时可以减少运行时的开销。但要特别注意的是，将函数的参数声明为一般的引用还是声明为常引用，是有讲究的。考察如下函数：

#include <iostream>
using namespace std;

int Max(int& a, int& b)
{
    return (a>b)?a:b;
}

int main(int argc,char* argv[])
{
    int i=2;
    cout<<Max(i,5)<<endl; //编译出错
}

这个程序无法通过编译，函数调用Max(i,5)中，由于5不是左值，不能为它建立引用，所以出现编译错误。在这种情况下，必须修改函数Max()的定义，也就是把它的参数声明为常引用：int Max(const int& a, const int&b)，这样就解决问题了。可见，将函数的参数声明为常引用，不完全是因为参数的值在函数体内不能修改，还考虑了接受非左值作为函数实参的情况。

3.常引用的特殊性质

对某个变量（或表达式）建立常引用时，允许发生类型转换，而一般的引用则不允许，见下面的程序。

#include <time.h>
#include <iostream>
using namespace std;

int Max(const int& a, const int& b)
{
    return (a>b)?a:b;
}

int main(int argc,char* argv[])
{
    char c='a';
    const int &rc=c;
    cout<<(void*)&c<<endl;
    cout<<(void*)&rc<<endl;

    int i=7;
    const int &ri=i;
    cout<<(void*)&i<<endl;
    cout<<(void*)&ri<<endl;
    cout<<Max(rc,5.5)<<endl;
}

程序输出结果如下：

002BF9E3
002BF9C8
002BF9BC
002BF9BC
97

在这个程序中，如果将语句const int &rc=c;中的const去掉，将发生编译错。原因是一般的引用只能建立在相同数据类型的变量上。同样，之所以允许Max(i,5.5)这样的函数调用，也是因为函数Max()的第二个参数是常引用，因此可以将实参5.5先转换为int类型的无名变量，然后再建立对该无名变量的常引用。

所以，对一个表达式建立常引用时，如果该表达式的结果可以寻址，并且表达式的数据类型与引用类型相同，那么可以直接将该表达式结果的地址送入引用变量。此例中，&i和&ri的值相等就说明了这一点。否则，若表达式的数据类型与引用类型不相同，或是表达式结果不可寻址，那么只能另外建立一个无名临时变量存放表达式的结果（或其转换后的值），然后将引用于无名临时变量绑定，此例中&c与&rc的值不同正好说明了这一点。

以上说明了无名临时变量具有常量性，只能建立常引用。需要注意，无名临时变量具有常量性与能否作为左值没有必然联系，并不是所有类型的无名临时变量都不能作为左值，非文字常量构建的临时变量是可以作为左值被赋值的，比如类的临时对象。具体参见：临时变量的常量性。

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参考文献

[1]C++高级进阶教程.陈刚.武汉大学出版社.1.9左值的概念
[2]C专家编程（中文版）.第4章