C++ Values(lvalue, rvalue, xvalue, prvalue, glvalue)

What is Values(lvalue, rvalue, xvalue, prvalue, glvalue)?

Posted by dydtjr1128 on June 10, 2019 · 8 mins read CPP
C++ Values

1. Intro

우측값 참조(Rvalue reference)는 C++11에서 처음 소개된 기능으로 다소 이해하기 어려운 구조를 가지고 있다.

기존의 C에서 사용했던 Rvalue, Lvalue와는 다른 정의를 가지고 있다.

좌측값은 대입(assignment) 시에 왼쪽 혹은 오른쪽에 오는 식(expression)이고, 우측값은 대입 시에 오직 오른쪽에만 오는 식이다.

C에서는 위처럼 정의를 내리고 있다.

그러나 C++에서는 다음과 같의 정의를 하고 있다.

좌측값은 어떠한 메모리 위치를 가리키는데, & 연산자를 통해 그 위치를 참조할 수 있다. 우측값은 좌측값이 아닌 값들이다.

또한 C++11 부터, rvalue, lavalue 뿐만 아니라 prvalue, xvalue, glvalue라는 개념이 추가되었다.

cpp values

2. Values

위의 다양한 value들을 이해하기 앞서 우선 참조에 대해서 이해를 하고 넘어가야 한다.

 int main(){
     int num = 0;
     int& refNum = num;// OK!
     int& refNum2 = 0;// Error!
     return 0;
 }

위와같이 Reference에 0이라는 리터럴 상수를 참조 할 수 없기 때문에 에러가 발생한다.

비 const 참조에 대한 초기값은 lvalue여야 합니다.

라는 오류를 확인 할 수 있다. 그 대신 0은 const int 형이기 때문에 const int에대한 참조형인 const int& refNum2 = 0;으로 사용 할 수는 있다.

C++11 표준에서는 이러한 value들을 다음과 같이 나누었다.

cpp values

  • lvalue : identity를 가지면서 move될 수 없는 표현식들
  • xvalue : identity를 가지면서 move될 수 있는 표현식들
  • prvalue : identity를 가지고있지 않으면서 move될 수 있는 표현식들
  • glvalue : identity를 가지고있는 표현식들(lvalue, xvlaue모두 glvalue 표현식)
  • rvalue : move될 수 있는 표현식들(prvalue, xvalue 모두 rvalue 표현식)
  • identity를 가지고 있지 않으면서 move될 수 없는것들

이처럼 C++11에서는 값이 식별성을 가지고 있는 경우에 “identity를 가진다.”라고 표현한다. 또, 값이 메모리에서 이동 될 수 있는 것을 “move될 숫 있다.”라고 표현한다.
쉽게 이해하자면, 포인터가 있는 값은 주소를 이동할 수 있기 때문에 move될 수 있다.

위의 경우에서, 기본적인 분류단위를 Primary category라고 하며 두개 이상의 복합 분류를 Mixed cateogry라고 한다.

Primary category

  • xvalue
  • lvalue
  • prvalue

Mixed cateogry

  • rvalue(xvalue + prvalue)
  • glvalue(xvalue + lvalue)

2.0 Copy & Move에 대한 이해

cpp copy&move

위의 그림처럼 move를 시키면 메모리 주소는 유지되면서 포인터만 바뀌게 되는 반변에 copy는 값을 복사하기 때문에 매번 메모리에 할당이 된다.

2.1 lvalue, identity를 가지면서 move될 수 없는 값들

cpp values

lvalue는 식별자를 갖지만 이동 될수 없는 값을 뜻한다.

static int a = 10;
int& foo() {
    a++;
    return a;
}
int foo2(){
    return a;
}

//좌측값 (Lvalue)
int main(){
    int a = 10,b=10,c=10;
    int *j = &a; //참조 가능하기 때문에 a는 좌측값(Lvalue)
    foo() = 43; //foo()는 좌측값(Lvalue)
    int *ptr1 = &foo(); //&foo()가능하기 때문에 좌측값(Lvalue)
    ++a;//a는 lvalue, pre-increasement, pre-decreasement
    int c[4];
    std::cout << c[1] << std::endl;//c[1]도 lvalue
    a ? b : c;// a ? b : c의 반환값은 b 또는 c이므로 lvalue
}

위의 코드처럼 모든 변수, 함수, 전위증감 표현식, lvalue 참조, 문자열 리터럴 등이 lvalue에 속하는 예이다. 말 그대로 식별자는 갖지만 리터럴 등은 메모리상에서 이동 될 수 없기 때문에 lvalue가 된다.

특징

  • 대입문의 좌측에 올 수 있다.
  • &연산자로 값의 주소를 얻어올 수 있다.
  • 표현식이 끝나더라도 값이 살아있다.

2.2 xvalue, identity를 가지면서 move될 수 있는 표현식들

cpp values

identity를 가지면서 move될 수 있는 표현식들을 xvalue라고 한다. eXpiring에서 따와 xvalue라고 부른다. xvalue는 말 그대로 만료되어가는 값을 뜻한다. 그래서 표현식이 끝나고 표현식이 의미하던 주소로 접근했을 때 값이 존재할 수도 있고, 존재하지 않을 수도 있다. 위의 그림처럼 이동 될 수 있지만 메모리에 올라가는 순간 주소를 갖게되므로 prvalue는 될 수 없다. 컴파일러는 이러한 prvalue의 임시데이터를 저장할 공간이 필요한데, 이러한 임시 데이터 객체를 xvalue라고 한다. 예를들어 std::move(x)와 같이 rvalue reference를 리턴할 수 있는 함수는 lvalue를 move하고, move한 값은 xvalue에 속하게 된다.

특징

  • 컴파일러만 사용하는 객체 이기 때문에 &연산자가 허용되지 않는다.
  • 표현식이 끝났을 때 사라진다.

2.3 prvalue, identity를 가지고있지 않으면서 move될 수 있는 표현식들

cpp values

int a = 10;
int b = 20;
a++;
a+b;
if(a < b){//a<b의 결과값 bool은 prvalue

}

prvalue는 pure rvalue의 약자로 후위 증감연산자, 문자열 리터럴을 제외한 모든 리터럴 등이 prvalue에 속한다. prvalue는 대입문 오른쪽에 올 수 있으며 주소가 없다는 특징을 가지고 있다.

틍징

  • 대입문의 우측에 올 수 있다.
  • 주소가 없다.

2.4 glvalue, identity를 가지고있는 표현식들(lvalue, xvlaue모두 glvalue 표현식)

cpp values

gvalue는 xvalue 혹은 lvalue를 뜻한다. 쉽게 말하자면 공간의 성질을 가지고 있는 값들을 통칭하는 말이다.

데이터를 저장할 수 있는 메모리의 위치정보를 가지고 있다.

gvalue 는 lvalue에서 rvalue로 변환이 가능한데, 포인터, 배열 및 함수에서 암시적 변환을 통해 prvalue로 변환 할 수 있다.

2.5 rvalue, move될 수 있는 표현식들(prvalue, xvalue 모두 rvalue 표현식)

cpp values

rvalue는 메모리 주소에서 이동이 될 수 있는 표현식들을 통칭하는 말이다. 2.0에서 나왔듯이 이동 가능한 표현식(prvalue, xvalue)를 뜻한다.

3. 참조 예제

int& func(int &a){
    a++;
    return a;
}
int func2(int &a){
    a++;
    return a;
}

이 두함수의 차이는 무엇일까?

위의 func함수는 int&를 리턴하게 되는데, 이는 return a;에서 a라는 실제 객체를 리턴 시키는 함수이다.
=> lvalue의 속성을 갖게 된다.

그러나 func2 함수는 int를 리턴하고, 이는 a의 복제본을 리턴하는 것이다.
=> rvalue로 반환된다.

int num1;
int num2 = func(num1);

func라고 하는 int& 리턴형 함수를 사용하더라도 값의 복사가 이루어지기 때문에 위의 num1과 num2는 다른 변수이다.

int num1;
int &num2 = func(num1);

그러나 위의 경우에는 참조를 통한 전달이 이루어지기 때문에 num1과 num2는 같은 변수가 된다. 위와 같은경우 func2로는 받을 수 없는데, 참조자가 리터럴상수를 참조할 수 없기 때문이다.

References

https://en.cppreference.com/w/cpp/language/value_category
https://docs.microsoft.com/ko-kr/cpp/cpp/lvalues-and-rvalues-visual-cpp?view=vs-2019
https://blog.seulgi.kim/2017/06/cpp11-value-category.html
https://modoocode.com/189
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