c/c++专题-常考易错点(i++) + (++i)计算原理分析

X-道至简

已于 2022-10-20 10:54:39 修改

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文章标签：开发语言 c++ c语言 linux

于 2022-10-10 11:43:24 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/cyhtiancai/article/details/127221297

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函数传值 fun(i++, ++i, ++i, --i)的形式

总结

杂言

对它简单处理，它就简单；
对它复杂处理，它就复杂；
复杂难以把控，无法预测；
可预测的程度，关系成败；

问题分析

最近在csdn上的问题区有很多关于i++的表达式的求值输出和使用有很多的问题，这边总结了各种情况。

说明下，下面的代码运行环境的编译器是gcc，大家可以在其它环境可以多试试, 比如vc上

主要有几类：

单个表达式输出结果，例如 printf ("%d", (i++) + (++i) )
多个表达式加赋值输出结果，例如 printf("%d, %d\n", i+=1, i++)
赋值给自己的问题，值永远不变，例如 i = i++；
函数传值 fun(i++, ++i, ++i, --i)的形式，printf只是个特例

单个表达式输出结果

先看如下3个运行的结果：

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i=3, j=3, k=3;
 
    printf("%d\n",(++j)+(++j));

    printf("%d\n",(++i)+(++i)+(++i));

    printf("%d\n",(++k)+(++k)+(++k)+(++k));

    return 0;
}

输出结果
    10
    16
    23 

结果分析
    输出a的结果是10,16,23 而不是9,15,22

我们来分析一下 (++i)+(++i)+(++i) 这个表达式计算过程
按照一般的理解如果i=3，(++i)+(++i)+(++i) 是改写成 4 + 5 +6 = 15 但是答案不对

那么需要找到一种方法看它到底是怎么运行的，最直接的方法去看下编译完成后汇编语言是怎么个执行顺序，为啥汇编能看清楚呢，那是因为程序需要编译成一条一条可执行的语句，一条语句就是两个操作数一个操作符，可以理解是最简单的一条语句不能再分解了，这样就不会有二义性。

我们来看下简单的代码看看汇编怎么样的，代码如下, 文件名叫 htest.c ：

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i=3;
    int a=0;
 
    a = (++i)+(++i);
    printf("%d\n", a);

    return 0;
}

通过 gcc -S ./htest.c 得到一个htest.s 编译后的中间文件，里面包含了汇编指令, 如下

 说明：rbp是指栈指针   
    subq	$16, %rsp
	movl	$3, -4(%rbp)   // int i=3; 给i赋值
	movl	$0, -8(%rbp)   // int a=0; 给a赋值
	addl	$1, -4(%rbp)   // ++i;  执行一次++i，i=4
	addl	$1, -4(%rbp)   // ++i;  执行一次++i，i=5
	movl	-4(%rbp), %eax // i+i;  执行2次++后开始计算 5+5
	addl	%eax, %eax     // a = i+i; 把计算结果给 a，结果是10 
	movl	%eax, -8(%rbp) // 
	movl	-8(%rbp), %eax
	movl	%eax, %esi
	movl	$.LC0, %edi
	movl	$0, %eax
	call	printf
	movl	$0, %eax
	leave

从上面的汇编分析很容易看出来 i 是执行了2次 ++ 操作后，才开始执行 a = i+i 操作。具体的汇编指令不需要理解很深，大致看下操作指令add和mov就大概知道他们是什么意思了。

总结
通过跟踪发现对于这种单表达式 a = (++i)+(++i)+(++i) 有如下规则：我们先改写下
a = a1 + a2 +a3 其中 a1=a2=a3=++i， i=3；

第一步：先取出来一个完整的计算，包括一个操作符 + 号，两个操作数a1和a2，这个时候就开始计算了
第二步：取出a1+a2这个完整计算式后开始计算，因为是++号前置所以先加1， a1和a2都先执行加1操作，这个时候i=5，所以 a1+a2=10
第三步：重复第一步，取出一个完整的表达式，整个表达式可以改写成 a = 10 + a3, 那么先a3加执行1 之后 i=6, 所以 a = 10 + 6 =16

可以自测下面两种case，有问题可以讨论讨论

后置i++
（i+=1） + （++i）

多个表达式加赋值输出结果

先看如下运行的结果

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i=3;

    printf("%d %d %d\n", ++i, ++i, i+=2);

    return 0;
}

输出结果：
    7 7 7

结果分析：
    不是4 5 7

我们来分析一下，看起来在printf里面，后面的表达式都计算完成了后才开始打印的, 来通过汇编来验证一下

	subq	$16, %rsp
	movl	$3, -4(%rbp)   //i=3赋值
	addl	$2, -4(%rbp)   //计算i+=2 i=5
	addl	$1, -4(%rbp)   //计算++i  i=6
	addl	$1, -4(%rbp)   //计算++i  i=7
	movl	-4(%rbp), %ecx  //printf参数1 =i=7  
	movl	-4(%rbp), %edx  //printf参数2 =i=7
	movl	-4(%rbp), %eax  //printf参数3 =i=7
	movl	%eax, %esi
	movl	$.LC0, %edi
	movl	$0, %eax
	call	printf
	movl	$0, %eax
	leave

总结

通过上面汇编的分析，printf是从右到左开始计算参数，先计算 i+=2, 在计算两个++i。所有的参数计算完了后再开始传参数，并且++操作符合我们的想法，还可以测试以下例子，++后置

printf("%d %d %d\n", i++, ++i, i+=2);

赋值给自己的问题，值永远不变

先看如下运行的结果

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i=0;

    while(i<3) {
        printf("%d\n", i);

        i = i++; //重点分析
    }

    return 0;
}

输出结果：
    死循环了, 并且i的值一直是0

结果分析：
    看起来有 i++，怎么死循环了呢

来分析一下，为啥结果是0呢，还是老样子分析如下简单的代码的汇编

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i=0;

    i = i++；

    return 2;
}

汇编代码如下：

	movq	%rsp, %rbp
	.cfi_def_cfa_register 6
	movl	$0, -4(%rbp)      //i=0 赋值
	movl	-4(%rbp), %eax    //保存i的值到eax， eax=0
	leal	1(%rax), %edx
	movl	%edx, -4(%rbp)    //i++操作 i=1
	movl	%eax, -4(%rbp)    //eax=0 又赋值给了 i，i=0
	movl	$2, %eax
	popq	%rbp
	.cfi_def_cfa 7, 8

总结：可以看出上面的运行是有一个临时变量 t = i；之后 i++ i=1；再之后 i=t，又转回来了，i的值没有变化

函数传值 fun(i++, ++i, ++i, --i)的形式

先看下面代码

#include <stdio.h>

void func(int a, int b, int c, int d)
{
    printf("%d,%d,%d,%d\n", a, b, c, d);
}

int main()
{
    int i=3;

    func(i++, ++i, i++, --i);

    return 2;
}

结果输出：
    4,5,2,5

来看下汇编代码

	movq	%rsp, %rbp
	.cfi_def_cfa_register 6
	subq	$16, %rsp
	movl	$3, -4(%rbp)     i=3;
	subl	$1, -4(%rbp)     --i -> i=2
	movl	-4(%rbp), %edx   edx = i = 2 (第三个参数 缓存i=2的值)
	leal	1(%rdx), %eax    eax = 1 + 2 = 3
	movl	%eax, -4(%rbp)   i = 3
	addl	$1, -4(%rbp)     ++i -> i = 4
	movl	-4(%rbp), %eax   eax = 4
	leal	1(%rax), %ecx    ecx = 5
	movl	%ecx, -4(%rbp)   i = 5
	movl	-4(%rbp), %ecx   ecx = 5  (第四个参数 以最终i为参数)
	movl	-4(%rbp), %esi   esi = 5  (第二个参数 以最终i为参数)
	movl	%eax, %edi       edi = 4  (第一个参数 缓存i=4的值)
	call	_Z4funciiii
	movl	$2, %eax
	leave

说明一下：
从上面跟踪汇编代码可以看出来，有如下规则

函数的参数先是从右到左开始计算参数，
对于i++，i--，是算到当前位置会缓存一份值，然后在立即加1或者减1，缓存的值为参数的值，比如上面的 i++，--i，先算--i i=2，这个时候遇到i++，先缓存这个2作为参数，在加1
对于++i，--i，先加1，然后等所有的参数都算完后，最终的i的值作为参数
比如上面的 func(i++, ++i, i++ , --i); 四个计算完成后才传值最终是5

有点复杂，可以在多测试一下