C++中左值、右值與寄存器的關係是怎樣的？

01-21

我用下面一個求階乘的例子說明我對右值與寄存器之間關係的理解：
int qiuJieCheng(int n) {
if (n == 1) {return 1; }

else {return n*qiuJieCheng(n-1);}
}
在遞歸調用時候，由於 (n-1) 是 n 做運算，結果存在寄存器中，而寄存器並沒有內存單元地址，所以編譯器將其認為是右值，無法被引用綁定。通過修改使得引用可綁定，有下面程序：
int qiuJieCheng(int n) {

int a = n;
if (a == 1) {return 1; }
else {return n*qiuJieCheng(a);}
}
這裡利用變數 a 在內存空間中存儲 n 的數據，遞歸調用時，由於 a 具有內存單元地址，所以編譯器認為它是左值，綁定成功。

那麼，我們是否能認為，所謂的左值與右值的區別就是前者存儲在內存空間中，右者存儲在寄存器中呢？

先說結論：C語言中的左值，右值的概念與寄存器之間基本上沒關係，如果有什麼對應關係，也純屬巧合。

在C中，左右值的區別是指是否可以獲取得到某個變數的地址，從而對其進行賦值（這些都是指的語言層面，即使用C中的運算符可以得到地址的都是左值），右值一般是編譯器在編譯期間生成的臨時變數，這種變數並不能在語言層面得到它的地址，如你給的代碼中的n-1的結果所在的位置，以及函數的返回值。

在C中，某個程序變數（包括程序中聲明的變數和編譯器生成的臨時變數）在運行時保持在當前stack frame或register中是由C編譯器計算出來的。實現這一功能的就是寄存器分配(Register allocation)。以你給的代碼為例(修改傳參方式為值傳遞，不需要引用傳遞)，使用LLVM 3.4，運行在64bit Ubuntu 16.04，使用clang -S -emit-llvm factorial.c; llvm-as factorial.ll; opt -mem2reg factorial.bc | llvm-dis &> factorial.ll

生成的LLVM IR如下所示：

define i32 @factorial(i32 %n) #0 { entry: %cmp = icmp sle i32 %n, 1 br i1 %cmp, label %if.then, label %if.end


if.then:                                          ; preds = %entry

  br label %return
if.end:                                           ; preds = %entry

  %sub = sub nsw i32 %n, 1

  %call = call i32 @factorial(i32 %sub)

  %mul = mul nsw i32 %n, %call

  br label %return

return: ; preds = %if.end, %if.then %retval.0 = phi i32 [ 1, %if.then ], [ %mul, %if.end ] ret i32 %retval.0 }

如上述代碼所示，%n是一個左值，因為它是一個顯示變數。但是根據X86 System V ABI，它剛開始存放在棧上。%sub是一個臨時變數，該變數在語言層面是一個臨時變數，屬於右值，但是編譯器可以將其分配在register（當寄存器充足的時候）也可以溢出(spill out)到棧幀(stack frame)里（當物理寄存器不夠時）。看到這裡，提主是不是有點感覺了？

至於決定某個變數在某個程序點（程序某一行）放置在棧還是寄存器中，這就是寄存器分配的工作了。你可以詳細了解下

https://en.wikipedia.org/wiki/Register_allocation

2. 寄存器分配問題？

3. 推薦部分學習寄存器分配的材料

左值右值和寄存器沒有絕對的關係。

左值右值是從語言角度定義的，標準並沒有涉及和底層實現有關的規定(比如什麼寄存器，cache，棧，堆…的概念)。既左值右值的存儲細節是和cpu，指令集，ABI，編譯器等有關的。

而且即使是在特定平台上(比如說常見的X86-64)，這個結論也不正確。

比如int a = 1，1是prvalue，但1可能作為立即數，並沒有用到寄存器。或者某個右值用的位元組比較多，寄存器放不下，那自然也不可能都存儲在寄存器。而且即使是左指，也可能只存儲在寄存器(比如說某些調用慣例中，函數的參數會放在寄存器)，不一定真正存儲在內存。

開個玩笑。

左值右值跟寄存器的關係就跟卡巴斯基和巴基斯坦的關係一樣。

就跟納愛斯和維納斯的關係

就跟維塔士和vista的關係

就跟張涵予和張馨予。。。

不是，左值也可以沒有對應的內存地址，右值變數也不見得就不能在內存中，左右值和是否在內存中沒有任何決定性的關係。

我的理解是在代碼里左值是有名字的，你在作用域都可以通過這個名字去引用這個值，值的生命期就是作用域內；右值沒有名字只有值，生命周期就是用到值的那條語句而已。

瀉藥，題主鼓搗一下「寄存器分配」[llvm-dev] Register Allocation Graph Coloring algorithm and Others 就明白了

我們理論上追求：

更「貪婪」地使用「真實的物理」寄存器，因為從內存、CPU緩存LD很「昂貴」理論上10～100 時鐘周期
無限的「虛擬的、偽的」寄存器，不可能100%分配到，有限的「真實的物理」寄存器，當寄存器實在不夠用，還是得「泄露」到內存（不是題主以為的寄存器和內存的選擇）
在寄存器分配和「指令級並行」之間保持平衡（註：這是超綱題，在清華《編譯原理》、龍一、龍二都沒有提及，在龍三10.2.3章節 Tradeoff between register usage and parallelism有粗略講解，今年會不會考？咳咳，嗯）

……也許這是差別之一，但是根本差別在於

「左邊被賦值而右邊是值啊」

在內存還是寄存器不應該是底層細節么，沒法說一定的吧