每个 C 表达式都有两个属性:类型 (type) 和值类别 (value category),我来为大家科普一下关于c语言查找最大值最小值?下面希望有你要的答案,我们一起来看看吧!
c语言查找最大值最小值
每个 C 表达式都有两个属性:类型 (type) 和值类别 (value category)。
type 和 category 都可以翻译为“类型”或“类别”,但为了区分两者,下文中统一将 type 翻译为“类型”,category 翻译为“类别”。
1 从 CPL 语言的定义说起左值与右值的概念最早出现在 C 语言的祖先语言:CPL。
在 CPL 的定义中,lvalue 意为 left-hand side value,即能够出现在赋值运算符(等号)左侧的值,右值的定义亦然。
2 C 和 C 11 以前C 语言沿用了相似的分类方法,但左右值的判断标准已经与赋值运算符无关。
const int a = 0; // a这个id-expr是左值表达式,但a不能被放在赋值运算符左侧
"Luogu" // 字符串常量是左值表达式,但是常量表达式显然不能放在运算符左侧
int arr[3]; // arr作为id-expr时是左值表达式,但是不能被放在赋值运算符左侧
在新的定义中,lvalue 意为 locate value,即能进行取地址运算 (&) 的值。
可以这么理解:左值是有内存地址的对象,而右值只是一个中间计算结果(虽然编译器往往需要在内存中分配地址来储存这个值,但这个内存地址是无法被程序员感知的,所以可以认为它不存在)。中间计算结果就意味着这个值马上就没用了,以后不会再访问它。
比如在 int a = 0; 这段代码中,a 就是一个左值,而 0 是一个右值。
i 和 i 是典型的左值和右值。 i 的实现是直接给 i 变量加一,然后返回 i 本身。因为 i 是内存中的变量,因此可以是左值。实际上前自增的函数签名是 T& T::operator ();。而 i 则不一样,它的实现是用临时变量存下 i,然后再对 i 加一,返回的是临时变量,因此是右值。后自增的函数签名是 T T::operator (int);。
int n1 = 1;
int n2 = n1;
int n3 = n1; // 因为是左值,所以可以继续操作
int n4 = n1 ;
// int n5 = n1 ; // 错误,无法操作右值
// int n6 = n1 n1; // 未定义行为
int&& n7 = n1 ; // 利用右值引用延长生命期
int n8 = n7 ; // n8 = 1
常见的关于左右值的误解
以下几种类型是经常被误认为右值的左值:
- 字符串字面量:由于 C 兼容 C 风格的字符串,需要能对一个字符串字面量取地址(即头指针)来传参。但是其他的字面量,包括自定义字面量,都是右值。
- 数组:数组名就是数组首个元素的指针这种说法似乎误导了很多人,但这个说法显然是错误的,对数组进行取地址是可以编译的。数组名可以隐式地退化成首个元素的指针,这才是右值。
从 C 11 开始,为了配合移动语义,值的类别就不是左值右值这么简单了。
考虑一个简单的场景:
std::vector<int> src{...};
std::vector<int> dst;
dst = src;
我们知道第三行的赋值运算复杂度是正比于 src 的长度的,复制的开销很大。但有些情况下,比如 src 在以后的代码中不会再使用,那么我们完全可以把 src 所持有的内存“转移”到 dst 上,这就是移动语义干的事情。
我们姑且不管移动是怎么实现的,先来考虑一下我们如何标记 src 是可以移动的。显然不管能否移动,这个表达式的类型都是 vector 不变,所以只能对值类别下手。不可移动的 src 是左值,如果要在原有的体系下标记可以移动的 src,我们只能把它标记为右值。但标记为右值又是不合理的,因为这个 src 实际上拥有自己的内存地址,与其他右值有根本上的不同。所以 C 11 引入了 亡值 (xvalue) 这一值类别来标记这一种表达式。
于是我们现在有了三种类别:左值 (lvalue)、纯右值 (prvalue)(纯右值就是原先的右值)、亡值 (xvalue)。
然后我们发现亡值同时具有一些左值和纯右值的性质,比如它可以像左值一样取地址,又像右值一样不会再被访问。
所以又有了两种组合类别:泛左值 (glvalue)(左值和亡值)、右值 (rvalue)(纯右值和亡值)。
有一个初步的感性理解后,来看一下标准委员会对它们的定义:
- A glvalue(generalized lvalue) is an expression whose evaluation determines the identity of an object, bit-field, or function.
- A prvalue(pure rvalue) is an expression whose evaluation initializes an object or a bit-field, or computes the value of an operand of an operator, as specified by the context in which it appears, or an expression that has type cv void.
- An xvalue(eXpiring value) is a glvalue that denotes an object or bit-field whose resources can be reused(usually because it is near the end of its lifetime)。
- An lvalue is a glvalue that is not an xvalue.
- An rvalue is a prvalue or an xvalue.
其中关键的两个概念:
- 是否拥有身份 (identity):可以确定表达式是否与另一表达式指代同一实体,例如比较它们所标识的对象或函数的(直接或间接获得的)地址。
- 是否可以被移动 (resources can be reused):对象的资源可以移动到别的对象中。
这 5 种类型无非就是根据上面两种属性的是与否区分的,所以用下面的这张表格可以帮助理解:
拥有身份(glvalue) |
不拥有身份 | |
可移动(rvalue) |
xvalue |
prvalue |
不可移动 |
lvalue |
不存在 |
注意不拥有身份就意味着这个对象以后无法被访问,这样的对象显然是可以被移动的,所以不存在不拥有身份不可移动的值。
4 移动语义和std::move(C 11)在 C 11 之后,C 利用右值引用新增了移动语义的支持,用来避免对象在堆空间的复制(但是无法避免栈空间复制),STL 容器对该特性有完整支持。具体特性有移动构造函数、移动赋值和具有移动能力的函数(参数里含有右值引用)。 另外,std::move 函数可以用来产生右值引用,需要包含 <utility> 头文件。
注意:一个对象被移动后不应对其进行任何操作,无论是修改还是访问。被移动的对象处于有效但未指定的状态,具体内容依赖于 STL 的实现。如果需要访问(即指定一种状态),可以使用该对象的 swap 成员函数或者偏特化的 std::swap 交换两个对象(同样可以避免堆空间的复制)。
// 移动构造函数
std::vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> v2(std::move(v)); // 移动v到v2, 不发生拷贝
// 移动赋值函数
std::vector<int> v3;
v3 = std::move(v2);
// 有移动能力的函数
std::string s = "def";
std::vector<std::string> numbers;
numbers.push_back(std::move(s));
当右值引用指向的空间在进入函数前已经分配时,右值引用可以避免返回值拷贝。
struct Beta {
Beta_ab ab;
Beta_ab const& getAB() const& { return ab; }
Beta_ab&& getAB() && { return std::move(ab); }
};
Beta_ab ab = Beta().getAB(); // 这里是移动语义,而非拷贝
从拷贝到移动提升了不少速度,那么我们是否能够优化的更彻底一点,把移动的开销都省去呢?
考虑这样的代码:
std::vector<int> make_vector(...) {
std::vector<int> result;
// ...
return result;
}
std::vector<int> a = make_vector(...);
make_vector 函数根据一输入生成一个 vector。这个 vector 一开始在 make_vector 的栈上被构造,随后又被移动到调用者的栈上,需要一次移动操作,这显然很浪费,能不能省略这次移动?
答案是肯定的,这就是 RVO(Return Value Optimization) 优化,即省略拷贝。通常的方法是编译器让 make_vector 返回的对象直接在调用者的栈上构造,然后 make_vector 在上面进行修改。这相当于这样的代码:
void make_vector(std::vector<int>& result, ...) {
// ... (对 result 进行操作)
}
std::vecctor<int> a;
make_vector(a, ...);
在 C 17 以前,尽管标准未做出规定,但主流编译器都实现了这种优化。在 C 17 以后,这种优化成为标准的硬性规定。
回到和移动语义刚被提出时的问题,如何确定一个移动赋值是可以省略的?再引入一种新的值类别?
不,C 11 的值类别已经够复杂了。我们意识到在 C 11 的标准下,亡值和纯右值都是可以移动的,那么就可以在这两种类别上做文章。
C 17 以后,纯右值不再能移动,但可以隐式地转变为亡值。对于纯右值用于初始化的情况下,可以省略拷贝,而其他不能省略的情况下,隐式转换为亡值进行移动。
所以在 C 17 之后的值类别,被更为整齐的划分为泛左值与纯右值两大块,右值存在的意义被削弱。这样的改变某种程度上简化了整个值类别体系。
C 17开始纯右值不可被移动,并且引入了强制复制消除的要求(mandatory copy elision),达到了史无前例的值类别最复杂的阶段,另外,void表达式开始指代一个无结果的对象,也成为了不可被移动且不具有同一性的纯右值。
ref
https://oi-wiki.org/lang/reference/
https://www.luogu.com.cn/blog/SuperConstructor/qian-tan-zhi-lei-bie-ji-ji-li-shi
-End-
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