關于C/C++ 表達式求值順序

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關于C/C++ 表達式求值順序

　　導語：表達式求值順序不同于運算結合性和優先級。下面是一個經典例子，被 ISO C99/ C++98 /03 三大標準明確提到：他的結果是不確定(unspecified) 的。下面是關于C/C++ 表達式求值順序，歡迎學習：

　　i = ++i + 1; // The behavior is unspecified

　　在介紹概念之前，我們先解釋一下它的結果。這個表達式( expression )包含3個子表達式( subexpression ):

　　e1 = ++i

　　e2 = e1 + 1

　　i = e2

　　這三個子表達式都沒有順序點( sequence point )，而 ++ i 和 i = e3 都是有副作用( side effect )的表達式。由于沒有順序點，語言不保證這兩個副作用的順序。

　　更加可怕的是，如果i 是一個內建類型，并在下一個順序點之前被改寫超過一次，那么結果是未定義(undefined)的!比如本例中如果有:

　　int i = 0x1000fffe;

　　i = ++i + 1; // The result is undefined!!

　　你也許會認為他的結果是加1 或者加2，其實更糟糕 —— 結果可能是 0x1001ffff 。他的高字節接受了一個副作用的內容，而低字節則接受了另一個副作用的內容! 如果i 是指針，那么將很容易造成程序崩潰。

　　為什么要這么做呢?因為對于編譯器提供商來說，未確定的順序對優化有相當重要的作用。比如，一個常見的優化策略是“減少寄存器占用和臨時對象”。編譯器可以重新組織表達式的求值，以便盡量不使用額外的寄存器以及臨時變量。更加嚴格的說，即使是編譯器提供商也無法完全徹底序列化指令(比如無法嚴格規定讀和寫的順序)，因為CPU本身有權利修改指令順序，以便達到更高的速度。

　　下面的術語以 ISO C99 和 C++03為準。譯名為參考并附帶原術語對照，如有解釋不當或者錯誤望指正。

　　表達式有兩種功能。每個表達式都產生一個值( value )，同時可能包含副作用( side effect )，比如：他可能修改某些值。

　　規則的核心在于順序點( sequence point ) [ C99 6.5 Expressions 條款2 ] [ C++03 5 Expressions 概述條款4 ]。這是一個結算點，語言要求這一側的求值和副作用(除了臨時對象的銷毀以外)全部完成，才能進入下面的部分。 C/C++中大部分表達式都沒有順序點，只有下面五種表達式有：

　　1 函數。函數調用之前有一個求值順序點。

　　2 && || 和 ?: 這三個包含邏輯的表達式。其左側邏輯完成后有一個求值順序點。

　　3 逗號表達式。逗號左側有一個求值順序點。

　　注意，他們都只有一個求值順序點，2和3的右側運算結束后并沒有求值順序點。

　　在兩個順序點之間，子表達式求值和副作用的順序是不確定的。假如代碼的結果與求值和副作用發生順序相關，我們稱這樣的代碼有不確定的行為(unspecified behavior)。而且，假如期間對一個內建類型執行一次以上的寫操作，則是未定義行為(undefined behavior)——我們知道，未定義行為帶來最好的后果是讓你的程序立即崩掉。

　　n = n++; // 兩個副作用，對于內建對象產生是未定義行為

　　幾乎所有表達式，求值順序都不確定。比如，下面的加法， f1 f2 f3的調用順序是任意的:

　　n = f1() + f2() + f3(); // f1 f2 f3 調用順序任意

　　而函數也只在實際調用前有一個求值順序點。所以，常見于早期 C 語言教材的這類題目，是錯題：

　　printf("%d",--a+b,--b+a); // --a + b 和 --b + a 這兩個子表達式，求值順序不確定

　　天啊，甚至可能出現未定義行為?那么堅決不寫與實現相關的代碼是最好的對策。即使是不確定行為(比如函數調用時) 只要沒有順序點編譯器怎么做方便就怎么做。有些人認為函數調用參數求值與入棧順序相關，這是一種誤導。這個東西要解釋，無異于事后諸葛亮：

　　void f( int i1, int i2, int i3, int i4 ){

　　cout<< i1 << ' ' << i2 << ' ' << i3 << ' ' << i4 << endl;}

　　int main(){

　　int i = 0;

　　f( i++, i++, i++, i++ );}

　　這個有四個表達式求值，同時每個表達式都有負作用。這八個操作順序是任意的，那么結果如何?未定義。