Value Categories

发表于： 2023-08-12 更新于： 2024-04-08

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Value categories - cppreference.com 有更详细的说明。

分类

lvalue / rvalue / xvalue 是互斥的，C++ 表达式只能是三者之一。glvalue 和 rvalue 都是复合类别：glvalue 包括 lvalue 和 xvalue，rvalue 包括 prvalue 和 xvalue。在翻译上，xvalue 叫（将）亡值，glvalue 叫泛左值。

一部分规则（一些理所当然的就在这里略去）：

类型	规则
lvalue	具名的数据是 lvalue，比如变量名、函数名、template parameter object 名（C++ 20，见下方代码块）、左值引用类型的 NTTP 名。还有字符串字面量。
prvalue	字面量、枚举名、lambda 表达式等。标量类型的 NTTP 名。C++ 20 后 `requires` 表达式和 concept 的特化也是 prvalue。
xvalue	rvalue 的成员访问（`.` / `.` / `->` / `->`）是 xvalue。

Template Parameter Object

在 C++ 20 中被改为 lvalue。

#include <iostream>
struct Foo {};
template <Foo v>
void set()
{
    // 这里要求 v 是 lvalue，C++20 可以编译，C++17 不行
    std::cout << &v << "\n";
}
void foo()
{
    set<Foo{}>();
}

Concept 特化

template <typename T>
struct is_int { enum { value = false }; };

template <>
struct is_int<int> { enum { value = true }; };

static_assert(is_lvalue<decltype((std::is_scalar_v<int>))>::value);
static_assert(is_prvalue<decltype((std::equality_comparable<int>))>::value); // concept 特化
static_assert(is_prvalue<decltype((is_int<int>::value))>::value);

注意 concept 的特化是 prvalue，但是以往 trait 类中的静态成员（一般写成 static inline constexpr）却是 lvalue！（除非 trait 类的 value 是用 enum 实现的，就像上面代码块的 is_int 一样）。

如何得到 xvalue

xvalue 是比较特殊的一种：给人的感觉是要么是转换过来的（人为标记），要么是直接访问右值成员（不是通过成员函数访问）得到的。用右值引用转换得到的是 xvalue！

template<typename T>
struct value_category {
    // Or can be an integral or enum value
    static constexpr auto value = "prvalue";
};

template<typename T>
struct value_category<T&> {
    static constexpr auto value = "lvalue";
};

template<typename T>
struct value_category<T&&> {
    static constexpr auto value = "xvalue";
};

// Double parens for ensuring we inspect an expression,
// not an entity
#define VALUE_CATEGORY(expr) value_category<decltype((expr))>::value

这里照着写了一下：

struct str {
    str() = default;
    explicit str(const char *s) : start(strdup(s)) {}

    // overloaded operators
    char &operator[size_t index](size_t index) { return start.get()[index]; }
    str &operator=(const char *s) { start.reset(strdup(s)); return *this; }

    // data
    struct freer { void operator()(void *p) { free(p); } };
    std::unique_ptr<char, freer> start;
};

结果：

str{}       => prvalue
str{} = ""  => lvalue
str{}[0]    => lvalue
str{}.start => xvalue

也可见经过运算符重载的访问不遵循 xvalue 的生成规则。

其他

如果是函数调用或者强制类型转换，则尊重其返回类型。如果用的是未重载的逗号操作符，则返回最右边的类型。如果是三元条件表达式，则返回两个分支的公共类型。

Pending member function call 是纯右值，但是除非用来调用，否则不能出现在表达式中，比如 a.f 不合法，而 a.f() 合法，其中 f 是类型 decltype(a) 的一个成员函数。

Void expressions 是 prvalue。

左值对象的 Bit-fields 是泛左值，能被赋值，但不能取地址，也不能绑定在非常量的引用上。对位域的常量引用或者右值引用会创建一份临时拷贝，不会真正绑定在位域上。

Move-eligible expressions 指的是在 return / co_return / throw 等位置出现的左值，它们视情况被当作 lvalue 或者 rvalue 看待（C++ 23 之前），或者被当作 rvalue 看待（C++ 23 及之后）。见 P2266R3 Simpler implicit move 对 C++23 函数返回表达式值类别的改变。

C++ 20 之后，template parameter object 也是 lvalue，注意得是 object，标准类型不行。

左右值的转换要用 static_cast 来实现，reinterpret_cast 做不到。