C++值类别详解：lvalue与rvalue

在介绍首个复合类型（左值引用）之前，我们先绕一个小弯，讨论什么是“左值”。

回顾
《表达式简介》中，我们把表达式定义为“由字面值、变量、运算符和函数调用组合而成，并可求出单一值的式子”。例如：

#include <iostream>

int main()
{
    std::cout << 2 + 3 << '\n'; // 表达式 2 + 3 产生值 5
    return 0;
}

2 + 3 被求值为 5，随后输出到控制台。
6.4 课又指出，表达式还可能产生“副作用”，其影响在表达式结束后依然存在：

int main()
{
    int x{ 5 };
    ++x;                 // 副作用：x 递增
    std::cout << x;      // 输出 6
}

此外，表达式还可以求值为“对象”或“函数”，下文将进一步说明。

表达式的两大属性

为决定表达式如何求值及其可用位置，C++ 给每个表达式赋予两个属性：

类型（type）
值类别（value category）

表达式的类型

表达式的类型等同于它求值后所得值、对象或函数的类型，例如：

auto v1{ 12 / 4 };    // int / int ⇒ int
auto v2{ 12.0 / 4 };  // double / int ⇒ double（整型提升后做浮点除）

编译器在编译期即可确定类型，并据此做类型检查；而表达式的值可在编译期（constexpr）或运行期决定。

表达式的值类别

观察：

int main()
{
    int x{};
    x = 5;   // 合法
    5 = x;   // 非法
}

为何 x = 5 合法，而 5 = x 不合法？答案在于值类别。
（注：本节沿用 C++11 之前的二分法：lvalue / rvalue；C++11 新增 glvalue、prvalue、xvalue，将于后续章节讲解。）

lvalue（左值）

发音：/ˈɛl væl juː/
定义：求值结果为可标识的对象或函数的表达式。
‑ 该实体可被标识符、引用或指针访问，生命周期通常跨越多个表达式。

示例：

int x{ 5 };
int y{ x }; // x 是 lvalue

可修改 lvalue：值可改（非 const）。
不可修改 lvalue：值不可改（const / constexpr）。

int a{};
const double b{};
int c{ a };      // a 为可修改 lvalue
const double d{ b }; // b 为不可修改 lvalue

rvalue（右值）

发音：/ˈɑːr væl juː/
定义：不是 lvalue 的所有表达式，通常求值为临时值。
‑ 包括字面值（除 C 风格字符串字面值）、返回临时对象的函数/运算符结果等。
‑ 无持久身份，用完即销毁。

int return5() { return 5; }

int main()
{
    int x{ 5 };            // 5 是 rvalue
    const double d{ 1.2 }; // 1.2 是 rvalue
    int y{ x };            // x 是可修改 lvalue
    int z{ return5() };    // return5() 是 rvalue（返回值）
    int w{ x + 1 };        // x + 1 是 rvalue
}

运算符与值类别

二元 + 等运算符期望操作数为 rvalue；若提供 lvalue，则发生左值到右值转换（lvalue-to-rvalue conversion），即取其值。

赋值运算符要求左操作数为可修改 lvalue，右操作数为 rvalue，因此：

x = 5;   // OK：x 可修改 lvalue，5 是 rvalue
5 = x;   // 错误：5 是 rvalue

如何区分 lvalue / rvalue？

口诀：

lvalue 求值结果为有持久身份的对象或函数；
rvalue 求值结果为临时值。

编译器验证法（C++11 起利用引用重载）：

template <typename T> constexpr bool is_lvalue(T&)  { return true;  }
template <typename T> constexpr bool is_lvalue(T&&) { return false; }

#define PRINTVCAT(expr) \
    std::cout << #expr << " is an " << (is_lvalue(expr) ? "lvalue\n" : "rvalue\n");

int getint() { return 5; }

int main()
{
    PRINTVCAT(5);               // rvalue
    PRINTVCAT(getint());        // rvalue
    int x{ 5 };
    PRINTVCAT(x);               // lvalue
    PRINTVCAT(std::string{"Hello"}); // rvalue
    PRINTVCAT("Hello");         // lvalue（C 风格字符串字面值特殊）
    PRINTVCAT(++x);             // lvalue（前置 ++）
    PRINTVCAT(x++);             // rvalue（后置 ++）
}

输出：

5 is an rvalue
getint() is an rvalue
x is an lvalue
std::string {"Hello"} is an rvalue
"Hello" is an lvalue
++x is an lvalue
x++ is an rvalue

（高级提示）
C 风格字符串字面值是 lvalue，因其数组衰变为指针需取地址。

小结

lvalue：可标识对象，可出现在赋值左侧（需可修改）。
rvalue：临时值，只能出现在赋值右侧。
lvalue 可隐式转为 rvalue，反之不可。

掌握 lvalue 概念后，我们便可引入首个复合类型：左值引用。