前言

C++11之前value categories只有兩類，lvalue和rvalue，在C++11之后出現(xiàn)了新的value categories，即prvalue, glvalue, xvalue。不理解value categories可能會(huì)讓我們遇到一些坑時(shí)不知怎么去修改，所以理解value categories對(duì)于寫C++的人來說是比較重要的。而理解value categories離不開一個(gè)概念——move semantics。了解C++11的人我相信都了解了std::move，右值引用，移動(dòng)構(gòu)造/移動(dòng)復(fù)制等概念，但是對(duì)move semantics這個(gè)概念的準(zhǔn)確定義，可能還有很多人比較模糊。我想通過這篇文章談一談我對(duì)value categories和move semantics的理解。首先從move semantics開始。

什么是move semantics（移動(dòng)語義）？

semantics是來自語言學(xué)的一個(gè)概念，翻譯成中文就是“語義”。說到計(jì)算機(jī)語言，可能有很多人認(rèn)為他是計(jì)算機(jī)科學(xué)下面的子門類。實(shí)際上他是計(jì)算機(jī)科學(xué)和語言學(xué)的交叉科目，里面有很多概念都來自語言學(xué)的內(nèi)容，甚至也有語言學(xué)科班的學(xué)生之后去做編譯的研究/工作。所以我們先從自然語言入手，通過類比能夠更好地理解move semantics。下面有兩個(gè)句子：

1. 他是飯桶。
2. 這是飯桶。

這兩句話里面都有“飯桶”這個(gè)詞，但是兩個(gè)句子中“飯桶”意思卻不一樣。從語法上來看，這倆都是“<代詞>是飯桶”的形式，只有代詞不一樣，但句子意思卻完全不一樣了。句子1的意思是罵一個(gè)人很沒用，句子2的意思是說明這個(gè)物體是盛飯的桶。這個(gè)例子說明，要理解一個(gè)單詞的意思（例如“飯桶”）是要結(jié)合句中其他單詞，以及整個(gè)句子的。

在C++語言中也是類似的。下面有兩個(gè)“句子”（語句）：

• vec = vector<int>();
• vec = another_vec;

其中，vec和another_vec都是vector<int>類型的變量。

這兩個(gè)語句都是“vec = XXXX;”的形式，但是語句1是把XXXX移動(dòng)到變量vec，語句2是把XXXX拷貝給vec。兩個(gè)語句中都有“=”運(yùn)算符，但是語句1中的意思是“移動(dòng)到”，語句2中的意思是“拷貝給”。所以“=”運(yùn)算符和整個(gè)句子的意思是由XXXX的類型決定的。我們可以說語句1有移動(dòng)的意思，語句2有拷貝的意思，或者說，語句1中的“=”是移動(dòng)的意思，語句2中的“=”是拷貝的意思。更正式地說，語句1呈現(xiàn)了移動(dòng)語義，語句2呈現(xiàn)了拷貝語義，語句1中的“=”呈現(xiàn)了移動(dòng)語義，語句2中的“=”呈現(xiàn)了拷貝語義。用英文說則是，statement 1 displayed move semantics; statement 2 displayed copy semantics; operator= in statement 1 displayed move semantics; operator= in statement 2 displayed copy semantics。

其實(shí)“移動(dòng)語義”翻譯成白話就是“移動(dòng)的意思”。

怎么理解5種value categories（值類別）？

C++中的每個(gè)表達(dá)式都有兩種屬性，一個(gè)是type（類型），另一個(gè)就是value category（值類別）。每個(gè)表達(dá)式的值類別一定屬于且僅屬于prvalue (pure rvalue), xvalue, lvalue三種中的一種。prvalue和xvalue統(tǒng)稱為rvalue，xvalue和lvalue統(tǒng)稱為glvalue (generalized lvalue)，如下圖所示：

那么，prvalue，xvalue和lvalue是怎么定義的？

其實(shí)所有表達(dá)式都有以下兩種屬性：

• 是否有identity（同一性，或者說“有身份”）：是否可以與另一個(gè)表達(dá)式或?qū)ο蟊容^，判斷是否是同一個(gè)實(shí)體。比如，如果有地址，可以比較他們的地址相同；
• 是否可以移動(dòng)：如果出現(xiàn)在賦值，初始化等語句中，是否會(huì)使語句呈現(xiàn)移動(dòng)語義。

于是有：

• 有identity，也可以移動(dòng)的表達(dá)式為xvalue表達(dá)式；
• 有identity，但不能移動(dòng)的表達(dá)式為lvalue表達(dá)式；
• 沒有identity，但是可以移動(dòng)的表達(dá)式為prvalue表達(dá)式；

至于沒有identity，也不可以移動(dòng)的表達(dá)式，在實(shí)際應(yīng)用中不存在這樣的表達(dá)式，也沒必要有這樣的表達(dá)式。

對(duì)于另外兩種值類別，我們可以這么總結(jié)：

• 有identity的表達(dá)式，值類別為glvalue；
• 可以移動(dòng)的表達(dá)式，值類別為rvalue。

分析理解C++標(biāo)準(zhǔn)中決定值類別的規(guī)則

C++標(biāo)準(zhǔn)給出了一系列規(guī)則，來規(guī)定哪些表達(dá)式有哪種值類別。我們可以結(jié)合上面給出的值類別定義去理解這些規(guī)則。舉個(gè)例子，對(duì)于xvalue表達(dá)式，有這樣的規(guī)則：

如果一個(gè)表達(dá)式是函數(shù)調(diào)用或重載運(yùn)算符表達(dá)式，且其返回類型為右值引用，例如 std::move(x)，那么這個(gè)表達(dá)式是xvalue表達(dá)式

對(duì)于這個(gè)規(guī)則，我們可以這么理解：首先，如果要返回一個(gè)對(duì)象，肯定是要在棧上面預(yù)留內(nèi)存空間的，所以這個(gè)對(duì)象是有identity的。第二，返回類型是右值引用，所以它會(huì)讓使用這個(gè)表達(dá)式的語句呈現(xiàn)移動(dòng)語義，所以是可移動(dòng)的。因此，這個(gè)表達(dá)式是xvalue表達(dá)式。

對(duì)于xvalue還有這樣的規(guī)則

對(duì)象成員表達(dá)式，即"a.m"，如果 a 是右值且 m 是非引用類型的非靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，則這個(gè)表達(dá)式是xvalue表達(dá)式

這條規(guī)則可以這么理解：首先，a是右值，也就是可以移動(dòng)，那么作為a對(duì)象的一部分，m也應(yīng)當(dāng)是可以移動(dòng)的。第二，訪問對(duì)象的“.”運(yùn)算符實(shí)際上是計(jì)算地址偏移，既然有地址，那么肯定是有identity的。因此，這個(gè)表達(dá)式是xvalue表達(dá)式。

再比如：

對(duì)象成員表達(dá)式，即"a.m"，如果 m 是成員枚舉符或非靜態(tài)成員函數(shù)，則這個(gè)表達(dá)式是prvalue表達(dá)式

枚舉符在編譯后其實(shí)就是一個(gè)數(shù)字；成員函數(shù)在編譯后實(shí)際上是指向代碼段的地址，實(shí)際上也是一個(gè)數(shù)字。這兩個(gè)數(shù)字都是在編譯時(shí)期就決定了的數(shù)字。cpu使用這些數(shù)字時(shí)，這些數(shù)字是直接放在指令內(nèi)部或者是放在寄存器中的，不會(huì)放在內(nèi)存中，所以他們是沒有identity的。其實(shí)換個(gè)角度想，因?yàn)樗麄冎皇且粋€(gè)值，不是變量，所以沒有identity也是很合理的。因此，這個(gè)表達(dá)式是prvalue表達(dá)式。

C++標(biāo)準(zhǔn)還定義了很多這樣的規(guī)則，都可以用類似的方法分析并理解，而不需要去死記硬背。

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對(duì)腳本之家的支持。

最新評(píng)論