移位运算符、位运算符和 sizeof 运算符产生的结果的值类别是什么？

Question

移位运算符：<< >> 位运算符：~、&、^、| sizeof 运算符：sizeof()

根据 C++ 标准 (n3797)，我只能确认 ~ 产生纯右值 (5.3.1/2)，而不是上面的其他值。

Answer 1

据我所知，结果是 prvalues，但这只是推测。这似乎以与What is the value category of the operands of C++ operators when unspecified? 和Does the standard mandate an lvalue-to-rvalue conversion of the pointer variable when applying indirection? 中介绍的操作数的值类别类似的方式未指定。

我们可以从3.10部分看到左值和右值有如下注释：

第 5 章中对每个内置运算符的讨论表明 它产生的价值类别和价值类别 它期望的操作数。

但正如我们所见，5 部分仅在少数情况下明确说明了 值类别。在这个特定问题的情况下，仅明确说明& 和~ 结果的值类别。

即使它没有详细说明，我们也可以找到指向一致方向的线索。我们可以论证>>、<<、^ 和| 的操作数被转换为prvalues。这并不规定结果的值类别，但它似乎确实排除了结果是 xvalue 根据5 段落 7 部分，其中有以下注释：

一个表达式是一个 xvalue 如果它是：

——调用a的结果 函数，无论是隐式还是显式，其返回类型都是 对象类型的右值引用，

— 对右值引用的强制转换 对象类型，

——一个类成员访问表达式，指定一个 对象所在的非引用类型的非静态数据成员 表达式是一个 xvalue，或

— .* 指向成员的表达式 其中第一个操作数是 xvalue，第二个操作数是 指向数据成员的指针。

一般来说，这条规则的效果是 命名的右值引用被视为左值和未命名的右值 对对象的引用被视为 xvalues；右值引用 无论是否命名，函数都被视为左值。

我没有看到任何合理的论据表明结果可能是一个 lvalue，所以这基本上给我们留下了一个 prvalue。

所以具体如下：

~ 和 & 都包含在 5.3.1 部分 一元运算符 段落 2 中：

以下每个一元运算符的结果都是纯右值。

移位运算符需要在5.8 部分中介绍的积分提升移位运算符段落1说：

操作数应为整数或非范围枚举类型，并执行整数提升。

我们可以看到积分促销需要来自4.5 部分的prvalues 积分促销，它在每段开头都说：

一个prvalue [...]

^ 和 | 都需要通常的算术转换，并且都说：

运算符仅适用于整数或无范围枚举操作数

因此通常的算术转换的最后一个子句适用，它说：

否则，应在两个操作数上执行积分提升 (4.5)。⁵⁹

经验方法

Luc Danton 在他对Empirically determine value category of C++11 expression? 的回答中使用经验方法来确定表达式的值类别。该方法使用以下代码：

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

答案概括如下：

一个左值表达式产生一个左值引用类型，一个 xvalue 在 一个右值引用类型，以及一个仅在类型中的右值。

以下示例均产生prvalue (see it live)：

int x = 10, y = 2 ;
int &xr = x ;
int &yr = y ;

std::cout << VALUE_CATEGORY( x << y ) << std::endl ;
std::cout << VALUE_CATEGORY( 10 << 2 ) << std::endl ;
std::cout << VALUE_CATEGORY( xr << yr ) << std::endl ;

std::cout << VALUE_CATEGORY( x | y ) << std::endl ;
std::cout << VALUE_CATEGORY( 10 | 2 ) << std::endl ;

std::cout << VALUE_CATEGORY( x ^ y ) << std::endl ;
std::cout << VALUE_CATEGORY( 10 ^ 2 ) << std::endl ;

std::cout << VALUE_CATEGORY( sizeof( int ) ) << std::endl ;
std::cout << VALUE_CATEGORY( sizeof( x ) ) << std::endl ;

Answer 2

cppreference 对 functions 说如下：
prvaule（“纯”右值）是一个标识临时对象（或其子对象）的表达式或者是一个不与任何对象关联的值。
以下表达式是纯右值：

1. 文字（字符串文字除外），例如 42 或 true 或 nullptr。
2. 函数或运算符的返回类型不是引用时的函数调用/运算符表达式，例如 str.substr(1, 2) 或 2+2

这适用于函数，我不确定关于内置运算符的具体规则是什么。

Answer 3

sizeof() : size_t 根据标准 5.3.3 pt6 - 标准 5.19/3 指出“整数常量表达式是整数或无范围枚举类型的表达式，隐式转换为纯右值，其中转换后的表达式是核心不变的表达。”从 5.3.3/6 和 18.2/6 你可以推断它是一个prvalue。

E1 > E2 ：标准 5.8.1 “操作数应为整数或非范围枚举类型，并执行整数提升。结果的类型是提升的左操作数的类型。”。根据标准 4.5 和特别是 pt.7，积分提升意味着prvalue。

& |和 ^ ：标准指定“执行通常的算术转换； (...) 运算符仅适用于整数或无范围枚举操作数”。

Answer 4

有一些小东西： http://rextester.com/DUEJY28518:

std::cout << typeid(decltype(sizeof(char))).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1 << 1)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1 >> 1)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(~1)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1 & 1)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1 | 1)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1 ^ 1)).name() << std::endl;

std::cout << "-------------" << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1U << 1)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1U >> 1)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(~1U)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1U & 1)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1U | 1)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1U ^ 1)).name() << std::endl;

std::cout << "-------------" << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1L << 1)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1L >> 1)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(~1L)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1L & 1)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1L | 1)).name() << std::endl;
std::cout << typeid(decltype(1L ^ 1)).name() << std::endl;

结果是（MSVC）：

unsigned int
int
int
int
int
int
int
-------------
unsigned int
unsigned int
unsigned int
unsigned int
unsigned int
unsigned int
-------------
long
long
long
long
long
long