C++ 값 카테고리 (lvalue, rvalue...)

 

lvalue, rvalue에 대한 내용을 제미나이에게 물어본 결과이다.

msdn c++ 관련 문서에도 나와있는 내용. 

맞는지 틀린지는 나중에 읽어봐야겠음.

https://learn.microsoft.com/ko-kr/cpp/cpp/lvalues-and-rvalues-visual-cpp?view=msvc-170

값 범주: Lvalues 및 Rvalues(C++)

 

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C++ 값 카테고리 (Value Categories)

C++의 값 카테고리(Value Category)는 C++11에서 이동 의미론(Move Semantics)이 도입되면서 더 정교하게 분류되었습니다. 이들은 표현식(expression)이 평가될 때 그 결과가 어떤 종류의 값인지를 나타냅니다.

핵심적인 두 가지 속성은 다음과 같습니다.

1. Identity: 값이 메모리 상에서 고유한 주소를 가지고 식별 가능한가? (예: 변수)
2. Movability: 값의 리소스를 "훔쳐올" 수 있는가(move)? (예: 임시 객체)

이 두 속성을 기준으로 5가지 값 카테고리를 이해할 수 있습니다.

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1. lvalue (엘밸류)

• 정의: Identity가 있고, Move가 불가능한 값입니다. 가장 일반적인 "변수"를 생각하면 됩니다. 이름(주소)을 통해 계속 참조할 수 있습니다.
• 어원: "Left-value" (대입문의 왼쪽에 올 수 있음)에서 유래했지만, 항상 그런 것은 아닙니다. const lvalue는 대입문 왼쪽에 올 수 없습니다.
• 핵심 특징:
  • 주소를 가져올 수 있습니다 (& 연산자 사용 가능).
  • 표현식이 끝난 후에도 계속 존재합니다.
• 예시:

  int x = 10;       // x는 lvalue
  int* p = &x;      // p와 *p는 lvalue
  std::string s;    // s는 lvalue
  s[0];             // s의 첫 번째 문자를 가리키는 lvalue

2. prvalue (pure rvalue, 순수 알밸류)

• 정의: Identity가 없고, Move가 가능한 값입니다. 순수한 "값 자체"로, 특정 메모리 위치와 연결되지 않은 임시적인 값입니다.
• 어원: "Right-value" (대입문의 오른쪽에만 올 수 있음)에서 유래했습니다.
• 핵심 특징:
  • 주소를 가져올 수 없습니다.
  • 표현식이 끝나면 바로 사라집니다.
  • 리터럴(literal), 함수가 값으로 반환하는 결과 등이 해당됩니다.
• 예시:

  int x = 42;          // 42는 prvalue
  x = 10 + 20;         // 10 + 20의 결과(30)는 prvalue
  std::string s = "hi"; // "hi"는 prvalue
  get_value();         // 값을 반환하는 함수의 호출 결과는 prvalue

3. xvalue (eXpiring value, 만료되는 값)

• 정의: Identity가 있지만, Move가 가능한 값입니다. 곧 소멸될 예정이라 리소스를 훔쳐가도 되는, "만료 직전의" 값입니다. lvalue를 rvalue처럼 다루고 싶을 때 사용합니다.
• 핵심 특징:
  • lvalue처럼 특정 객체를 가리키지만(Identity가 있음), rvalue처럼 이동(move)될 수 있다고 표시된 값입니다.
  • 주로 std::move의 결과나, rvalue 참조(&&)를 반환하는 함수 호출 결과입니다.
• 예시:

  std::string s = "hello";
  std::string s2 = std::move(s); // std::move(s)의 결과는 xvalue
                                 // s는 이제 "비어있는" 상태가 됨

  std::move(s)는 s 자체를 바꾸는 것이 아니라, s를 xvalue로 캐스팅하여 s의 리소스를 "이동"할 수 있도록 허용하는 표현식을 만듭니다.

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카테고리 그룹

위 세 가지 기본 카테고리를 묶어서 두 개의 상위 카테고리를 만듭니다.

4. glvalue (Generalized lvalue, 일반화된 엘밸류)

• 정의: Identity가 있는 모든 값을 의미합니다. 즉, lvalue와 xvalue를 포함하는 더 넓은 개념입니다.
• 공식: glvalue = lvalue + xvalue

5. rvalue (알밸류)

• 정의: Move가 가능한 모든 값을 의미합니다. prvalue와 xvalue를 포함하는 더 넓은 개념입니다. 함수 오버로딩에서 rvalue 참조(&&)가 바인딩될 수 있는 값들입니다.
• 공식: rvalue = prvalue + xvalue

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표로 정리

이 관계를 표로 보면 명확하게 이해할 수 있습니다.

	Has Identity (식별 가능)	No Identity (식별 불가)
Movable (이동 가능)	xvalue	prvalue
Not Movable (이동 불가)	lvalue	(해당 없음)

• glvalue: "Has Identity" 열 전체 (lvalue + xvalue)
• rvalue: "Movable" 행 전체 (xvalue + prvalue)

왜 중요한가?

이러한 구분은 함수 오버로딩과 이동 의미론에서 결정적인 역할을 합니다. 컴파일러는 표현식의 값 카테고리를 보고 어떤 버전의 함수를 호출할지 결정합니다.

void process(const std::string& s) {
    // lvalue를 위한 함수 (복사 또는 const 참조)
    std::cout << "lvalue version" << std::endl;
}

void process(std::string&& s) {
    // rvalue를 위한 함수 (이동)
    std::cout << "rvalue version" << std::endl;
    std::string new_s = std::move(s); // s의 리소스를 이동
}

int main() {
    std::string my_str = "hello";

    process(my_str);             // my_str은 lvalue -> lvalue 버전 호출
    process("world");            // "world"는 prvalue (rvalue) -> rvalue 버전 호출
    process(std::move(my_str));  // std::move(my_str)은 xvalue (rvalue) -> rvalue 버전 호출
}

출력:

lvalue version
rvalue version
rvalue version