基于Stepanov定义的C++中Datum、Value等概念及相关疑问

Stepanov对核心概念的定义 #

Alexander Stepanov在《From Mathematics to Generic Programming》一书中，对几个基础编程概念给出了精准定义：

• Datum：一串比特序列，例如01000001；
• Value：带有解释的Datum，比如数值65和字符'A'就共享同一Datum，只是解释方式不同；
• Value Type：共享同一解释规则的Value的集合；
• Object：内存中存储某Value Type对应Value的比特集合；
• Object Type：通过地址存取Object中Value的统一方法。

示例代码 #

我们结合这段C++代码来分析问题：

int b = 5; int& a = b; std::cout << a + b;

疑问逐一解答 #

问题1：a、b是变量、标识符还是对象？是否具有Object Type？对象是否包含Value？ #

咱们先理清楚几个术语的边界：

• a和b首先都是标识符——就是我们写代码时用来指代实体的名字。
• 对应到实体上：b是一个变量，而变量本质上对应内存中的一个对象。按照Stepanov的定义，这个对象存储了int类型的Value（也就是5对应的比特序列），它完全符合Object的定义，同时也具有Object Type——int就是它的Object Type，因为我们可以通过&b获取它的地址，进而存取它的Value。
• 而a是引用标识符，它本身不是对象——C++标准明确规定引用不是对象，它只是b对应对象的一个别名，没有自己的内存空间。所以a本身没有自己的Object Type，操作a本质上就是直接操作b的那个对象。
• 至于对象是否包含Value：按照Stepanov的定义，Object就是存储Value的比特集合，Value是对这个比特集合（Datum）的解释，所以对象必然包含对应的Value——二者是载体与被解释内容的关系。

问题2：a的类型是什么？引用是否属于Object Type？int与int&是否为同一Object Type？ #

• a的类型是int&，也就是int类型的左值引用。
• 引用绝对不属于Object Type：因为Object Type的核心是“通过地址存取Value的统一方法”，而引用本身不是对象，没有自己的内存地址，只是一个别名，根本不存在“通过地址存取引用自身Value”的场景，所以它不符合Object Type的定义。
• int和int&完全不是同一Object Type：int是标准的Object Type，对应可寻址的int对象；而int&是引用类型，它不能作为对象的类型存在——你没法定义一个“引用对象”，只能定义一个引用变量（别名）来绑定到已有的对象上。在C++类型系统里，引用类型是独立的类型，但和Object Type分属不同范畴。

问题3：右值（rvalue）是否具有Object Type？其符合C++标准中的对象定义，但不符合Stepanov定义的可寻址要求？ #

这里要区分C++标准和Stepanov定义的差异：

• 按照C++标准，部分右值是对象，比如临时对象（比如1+2的结果是一个临时int对象，或者std::string("test")生成的临时字符串对象）。但这些临时对象通常是不可合法寻址的——标准不允许我们取它们的地址（虽然某些编译器可能支持，但这属于未定义行为）。
• 按照Stepanov的定义，Object要求是“内存中存储Value的比特集合”且能“通过地址存取”。所以那些C++标准中的临时右值对象，虽然在内存中有存储，但因为不能合法通过地址存取，不符合Stepanov的Object定义，自然也没有Object Type。
• 另外要注意：不是所有右值都是对象，比如字面量5是右值，但它本身不是对象——编译时可能直接嵌入指令，不一定有内存中的存储，更谈不上符合任何Object定义了。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者meguli