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C++ 左值（lvalue）和右值（rvalue）

article 2025/3/15 5:56:54

在 C++ 中，左值（lvalue）和右值（rvalue）是指对象的不同类别，区分它们对于理解 C++ 中的表达式求值和资源管理非常重要，尤其在现代 C++ 中涉及到移动语义（Move Semantics）和完美转发（Perfect Forwarding）时。

一、左值（Lvalue）

1. 定义

左值（lvalue）表示的是一个有名称的、持久的内存位置，可以在表达式的左侧，也可以在右侧使用。简单来说，左值是可以通过引用来访问的对象，它在程序的生命周期中有一个持久的存储位置。

2. 特征

可修改：大多数左值是可修改的（当然，常量左值不可修改）。
有持久地址：左值有内存地址，可以通过 & 取地址。

3. 例子

int x = 10;   // x 是一个左值，代表存储它的内存位置
x = 20;       // x 作为左值出现在赋值表达式的左侧

4. 常见的左值类型

普通变量：如 int x = 10; 中的 x。
数组元素：如 arr[3]。
对象成员：如 obj.member。
解引用指针：如 ptr。

二、右值（Rvalue）

1. 定义

右值（rvalue）表示的是临时对象或不具有持久内存位置的对象，通常是表达式的结果。右值可以出现在赋值表达式的右侧，但不能出现在左侧（除非作为右值引用）。

2. 特征

无持久地址：右值通常是一个临时对象，它在某些情况下会被销毁。
不能修改：右值本身不表示一个持久的存储位置，所以不能被赋值或取地址。

3. 例子

int x = 10;  // x 是左值
int y = 20;  // y 是左值
y = x + 5;   // (x + 5) 是右值，表示一个临时结果

4. 常见的右值类型

字面量：如 5、3.14、'a' 等。
临时对象：如表达式的返回值，例如 x + y 返回一个临时结果。
函数返回值：如返回一个非引用的临时值 int foo() { return 42; }。
类型转换：如 (int)3.14 或 std::move(x)。

三、右值引用（Rvalue Reference）

C++11 引入了右值引用（T&&），使得我们能够有效地使用右值（临时对象）进行资源转移（例如移动语义）。右值引用允许对象的资源不需要复制，而是可以直接“移动”到新的对象中，这样能提高程序的效率，避免不必要的资源复制。

1. 右值引用的使用

右值引用的声明通常为 T&&（例如，int&&）。
std::move 将一个左值转换为右值引用，从而启用移动语义。
移动构造函数和移动赋值运算符通常采用右值引用作为参数，允许从临时对象中“偷取”资源。

2. 示例

#include <iostream>#include <vector>void printVector(std::vector<int>&& v) {
    for (auto i : v) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}

int main() {
    printVector({1, 2, 3, 4, 5});  // 使用右值传递临时对象
    return 0;
}

在这个例子中，{1, 2, 3, 4, 5} 是一个右值，可以作为右值引用参数传递给 printVector 函数。

四、区别与联系

左值（Lvalue）：表示一个持久的对象，它有地址并且可以被修改。例如，变量、数组元素、解引用指针等。
右值（Rvalue）：表示一个临时对象或没有持久地址的值，通常出现在赋值语句的右边。它们通常不可修改。
右值引用（Rvalue Reference）：C++11 引入的一种新类型，允许我们将右值传递给函数，从而避免资源的复制（通过移动语义）。右值引用通过 T&& 来表示。

五、C++11 中的扩展：完美转发和移动语义

1. 完美转发（Perfect Forwarding）

通过右值引用，我们可以将函数的参数完美地转发到另一个函数，无论是左值还是右值。使用 std::forward 可以实现完美转发。

template<typename T>
void wrapper(T&& arg) {
    func(std::forward<T>(arg));  // 完美转发 arg 到 func 函数
}

2. 移动语义（Move Semantics）

右值引用可以用于“移动”资源，而不是复制它们。移动构造函数和移动赋值运算符允许通过“转移”资源来避免不必要的内存复制。

std::vector<int> getVector() {
    std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
    return v;  // 返回一个右值
}

int main() {
    std::vector<int> v = getVector();  // 通过移动语义，避免了不必要的复制
}