C++ Tricks 3.1 左值右值与常量性(lvalue，rvalue & constant)

3.1 左值右值与常量性(lvalue，rvalue & constant)

首先要搞清楚的是，什么是左值，什么是右值。这里给出左值右值的定义：

1、左值是可以出现在等号(=)左边的值，右值是只能出现在等号右边的值。

2、左值是可读可写的值，右值是只读的值。

3、左值有地址，右值没有地址。

根据左值右值的第二定义，值的左右性就是值的常量性——常量是右值，非常量是左值。比如：

1=1;//Error

这个复制操作在C++中是语法错误，MSVC给出的错误提示为“error C2106: '=' : left operand must be l-value”，就是说’=’的左操作数必须是一个左值，而字面常数1是一个右值。可见，严格的区分左值右值可以从语法分析的角度找出程序的逻辑错误。

根据第二定义，一个左值也是一个右值，因为左值也可读，而一个右值不是一个左值，因为右值不可写。

通常情况下，声明的变量是一个左值，除非你指定const将它变成一个右值：

int lv=1;

const int rv=lv;

由于右值的值在程序执行期间不能改变，所以必须用另一个右值初始化它。

一个普通变量只能用右值初始化，如果你想传递左值，必须声明一个引用或一个指针：

int & ref=lv;//用引用传递左值

int * plv=&lv;//传递指针以间接传递左值

必须用左值初始化引用，然而，可以用右值初始化常量引用：

int & r1=1; //Error!

const int & r2=1; //OK

这实际上相当于：

int _r2=1;

const int & r2=_r2;

这样的写法在函数体内没什么作用，但是在传递函数参数时，它可以避免潜在的(传递左值时的)复制操作，同时又可以接受右值。

通常情况下，函数的参数和返回值都只传回右值，除非你明确的通过引用传递左值。

明确了左值与右值的区别，有助于我们写函数时确定什么时候应该有const，什么时候不该有。比如，我们写了一个代表数学中复数的类Complex：

class Complex;

然后，我们写针对Complex的运算符重载：operator+和operator=。问题在于，参数和返回值应该是什么类型，可选类型有四种： Complex、const Complex、Complex&、const Complex&。

对于operator+，我们不会改变参数的值，所以可以通过const Complex&传递参数。至于返回值类型，由于int类型的加法返回右值，所以根据Do as the ints do的原则，返回值类型为const Complex：

const Complex operator+(const Complex&,const Complex&);

对于operator=，同样要思考这些问题。我们写入第一个参数，所以第一个参数为Complex&，我们只读取第二个参数，所以第二个参数为const Complex&。至于返回值，还是Do as the ints do。int的赋值返回左值，不信你可以试一试：

int i;

(i=1)=2;

虽然比较傻，先将i赋为1，再将其改为2，但是这是被C++语法支持的做法，我们就理应遵守。所以返回第一个参数的左值：

Complex& operator=(Complex&,const Complex&);

const是C++引入的语言特性，也被ANSI C99借鉴，在经典版本的C语言中是没有的。关于const的历史，有几点值得玩味。最初Bjarne Stroustrup引入const时，可写性是和可读性分开的。那时使用关键字readonly和writeonly。这个特点被首先提交到C的ANSI标准化委员会(当时还没有C++标准化的计划)，但是ANSI C标准只接受了readonly的概念，并将其命名为const。随后，有人发现在多线程同步的环境下，有些变量的值会在编译器的预料之外改变，为了防止过度优化破坏这些变量，C++又引入关键字violate。从语义特点来看，violate是const的反义词，因为const表示不会变的量，而violate表示会不按照预期自行变化的量。从语法特点而言，violate与const是极为相似的，适用于const的一切语法规则同样适用于violate。

值的常量性可以被划分为两种：编译期常量和运行期常量。C++语法并没有严格区分这两种常量，导致了少许混乱：

const int i=5;const int * pi=&i;

const_cast<int&>i=1;//对于运行期常量，在需要时可以去除它的常量性

int a[i];//对于编译期常量，可以用它来指定数组大小

cout<<i<<sizeof(a)/sizeof(a[0])<<*pi;

这种将编译期与运行期常量的特性混用的方法，势必导致语义的混乱。数组a的大小最终是5，因为采用了i的编译期值，而不管i在运行期是否被改变了值。最后一句代码将（有可能）输出551，第一个i的值作为一种优化在编译期绑定，第二个值标明了a的大小，第三个值通过指针显示地输出i的运行期真实值。

在C++的近亲C#的语法中，这两种常量被严格地区分开：编译期常量由const指定，只能是内建类型变量；运行期常量由readonly指定，可以是任何类型。永远不会改变的常量，如圆周率pi的值，应该用const声明；而其它有可能改变的常量，皆由readonly声明。

C++中的const的特点更倾向于C#中的readonly，虽然语法上允许使用const的编译期常量性，但正如上文所展示的，这容易造成混乱。为了得到C#中const的语义，在C++中，我们不必回归恶魔#define的怀抱，可以使用所谓“匿名enum技巧”。当匿名声明一个enum类型时，其中的枚举值就是一个int类型的编译期常量，比如：

enum{Size=5;};

int a[Size];

这种使用匿名enum来声明编译期常量的做法，被广泛应用于STL、boost等模板库的实现代码中。