值 (電腦科學)

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计算机科学中是一无法进一步求值的表达式[1]例如,表达式“1 + 2”不是一个值,因为它可以被化简为表达式“3”。表达式“3”不能够继续化简,因此它是一个值。表达式既有类型(type)属性,又有值分类(value categories)属性。两种属性彼此独立。[2]也就是说,对每一种类型的表达式,都有各种值分类。

大多数编程语言支持几种常见的值。

左值和右值[编辑]

一些语言使用左值l-value)和右值r-value)的概念。左值具有确定的、可以被获得的内存地址。这意味着左值可以是变量,也可以是对指向特定内存地址的指针解引用的结果。例如C语言的表达式(4 + 9),在执行时,计算机生成一个整数值13,但因为程序没有明确指定这个13如何在计算机中存储,所以这个表达式产生一个右值。另一方面,如果一个C程序声明了一个变量x并将x赋值为13,那么表达式(x)的值是13,并且是一个左值。

在C语言中,术语“左值”最初表示可以被赋值(即位于赋值运算符左侧)的对象,但由于“const”被加入到语言中,这类对象现在被称作“可更改的左值”。C++11定义了更复杂的值类型体系,包含左值(lvalue),纯右值(prvalue)和消亡值(xvalue)。

左值和右值的概念最早由CPL程序语言的一篇论文引入。[3] 这时定义的左值是可以放在赋值号左侧赋予新值的对象;[4]右值是可以放在赋值号右侧读出其值的对象。这一定义也被C语言所使用。

C++语言引入了const限定的对象。const对象可以取地址,但是不能被赋值;而一些右值对象也可以出现在赋值号的左边被赋值。因此,截至C++03标准,把具有标识(identity)的表达式规定为左值,不具有标识的表达式规定为右值。因而,名字、指针、引用等是左值,是命名对象,具有确定的内存地址;字面量、临时对象等为右值,右值仅在创建它的表达式中可以被访问。函数名字是左值(在C语言中规定它既不是左值也不是右值),数组名是常量左值,但是在大多数表达式中函数名字与数组名字自动隐式转换为右值。右值的生存期短暂,所以需要用左值去捕捉右值。把右值复制(copy)到左值上是常见操作。

C++11标准引入了右值引用类型与移动语义,因而左值与右值的定义发生了很大变化。右值引用变量绑定到右值上,延长了右值对应的临时对象的生存期。移动语义把临时对象的内容移动(move)到左值对象上。因而在C++11,对于值的分类,要考虑标识(identity)与可移动性(movability),二者的组合产生了五种分类:

  • 基础值类型
    • 左值lvalue:可以用取地址运算符&获取地址的表达式。也可定义为非临时对象或非成员函数。具有标识,但不可移动。这也是C++03的经典左值。可用于初始化左值引用。可以有不完备类型(incomplete type)。包括:
      • 作用域中的变量名与函数名,不论其类型。因此,具名的右值引用,即具有右值引用类型的变量,也是左值表达式,这符合一般规律,不是特例。
      • 函数调用表达式或重载运算符表达式,如果其返回类型为左值引用。
      • 内建的先增(前缀++)、先减(前缀--)、解引用(dereference)、赋值、复合赋值、下标(除了数组临终值)、成员访问(除了临终值的非静态非引用成员、成员枚举值、非静态成员函数),通过数据成员指针的访问且左端操作数为左值、逗号运算符且右端的操作数为左值、三元条件运算符(ternary conditional)且第二与第三操作数为左值。
      • 到左值引用类型的类型转换表达式。
      • 字符串字面量(string literal)
      • 函数调用表达式如果函数返回类型为到函数类型的右值引用
      • 类型转换表达式,转换为到函数的右值引用
    • 临终值xvalue(expiring value):具有标识,并且可以移动。对应的对象接近生存期结束,但其内容尚未被移走。可以多态;非类对象可以cv限定。包括:
      • 函数调用或重载的运算符表达式,如果返回类型是右值引用
      • 类型转换表达式,转换为右值引用,如static_cast<T&&>(val)或(T&&)val
      • 访问xvalue的非静态类成员。
      • 指向数据成员的指针表达式,第一操作数是xvalue
    • 纯右值prvalue:不具有标识,但可以移动。对应临时对象或不对应任何对象的值。纯右值不能是多态的;临时对象的动态类型是表达式类型;非类且非数组的纯右值不能是const限定的;不能有不完备类型(除了void)。包括:
      • 字面量(除了字符串字面量)。
      • 函数调用或重载的运算符表达式,如果返回类型不是引用。
      • 内建后增、后减、算术与逻辑运算符、比较运算符、取地址运算符、访问成员枚举值、访问非静态成员函数、访问右值的非静态非引用数据成员、访问右值的数据成员指针或非静态函数成员指针、逗号运算符且右端操作数为右值、三元条件运算符且第二或第三操作数不是左值。
      • 类型转换表达式,转换为非引用类型。
      • Lambda表达式
  • 广义左值glvalue:具有标识。包括左值与临终值。可以多态、动态类型。
  • 右值rvalue:可以移动。包括濒死值与纯右值。不能通过&运算符取地址。

C++的非静态成员函数调用表达式(obj.func与ptr->func),非静态成员函数指针调用表达式(obj.*mfp与ptr->*mfp)被当作纯右值,但是不能用于初始化引用,不能做函数实参,仅仅能用作函数调用表达式左边的操作数,如(pobj->*ptr)(args)。

返回void的函数调用表达式、到void的类型转换表达式、throw表达式被当作纯右值。但是不能用于初始化引用,不能做函数实参。可用于某些上下文环境中(如单独作为一行语句、逗号操作符的左端表达式等),或返回void的函数的return语句中。此外,throw表达式可用作三元条件操作符的第二或第三操作数。

位域(bit field)表达式是左值,但不能用&运算符取地址,不能绑定到非常量左值引用。常量左值引用可以用位域左值初始化,但实际上是另行分配绑定了一个对象。

汇编语言[编辑]

值可以是一个给定的数据类型,例如一个字符串,一个数字,一个单一的字母等几乎任何类型的数据。

有些处理器支持多种尺寸的立即数,例如8位或16位,每一种指令形式采用独特的操作码和助记符。如果一个程序员提供的数据值不适合,汇编器将会出现“超出范围”的错误消息。大多数汇编器允许一个立即数被表示为ASCII十进制十六进制八进制二进制数据。因此,ASCII字符'A'和65、0x41是一样的。字符串的字节序在不同处理器之间可能不同,取决于汇编器和计算机体系结构。

参考资料[编辑]

  1. ^ Mitchell 1996, p. 92.
  2. ^ "Value categories",in cppreference.com
  3. ^ [D.W., Barron, J.N., Buxton, D.F., Hartley, E. Nixon, C. Strachey: The main features of CPL, published in The Computer Journal (1963) 6 (2): 134-143. fulltext: http://comjnl.oxfordjournals.org/content/6/2/134.full.pdf+html]
  4. ^ “Anything that can appear on the left-hand side of an assignment expression is an lvalue.”