表达式运算顺序与求值顺序，副作用操作符(++,--)，序列点

最新推荐文章于 2023-01-22 19:48:40 发布

tmac_0817

最新推荐文章于 2023-01-22 19:48:40 发布

阅读量2.1k

点赞数

分类专栏： C/C++ 文章标签：编译器语言优化 c

C/C++ 专栏收录该内容

26 篇文章

订阅专栏

操作符（运算符）的优先级和结合性并不决定表达式的求值顺序，只是用于进行语法分析，决定语法树的生成。

3 + 4 * 5，可以解析成(3 + 4) * 5 或者 3 + (4 * 5)，因为乘法优先级高于加法，所以会选择第二种解析方法。
3 + 4 + 5，可以解析成(3 + 4) + 5 或者 3 + (4 + 5)，因为加法是自左向右结合，所以会选择第一种解析方法。

解析成3 + (4 * 5)后，对这个表达式求值，“+”操作符有两个操作数，左操作数为 3，右操作数为 4 * 5，那么是先对左操作数 3 求值呢，还是先对右操作数 4 * 5 求值呢？答案是未指定的，由编译器决定。

标准并没有指定“+”操作符的求值顺序，标准只指定了“，”、“&&”、“||”、“？：”这四种操作符的求值顺序是自左向右，其余的操作符的求值顺序都是未指定的。

因此 3 + (4 * 5)，并非先算4 * 5，然后算 3 ，而是由编译器自己决定，求值顺序是未指定的。同理：

    
    
     
     int i = f() + g(); // 并非一定先执行f()，后执行g()，而是由编译器决定

所以 ++i + ++i + ++i; 会被解析成 ((++i) + (++i)) + (++i);

这个表达式是一个典型的未定义行为，因为 ++i 有两个作用，第一：对i加1；第二：返回一个值（或者应该说返回一个引用）。这里的对i加1属于 副作用（side effect)，而副作用什么时候生效呢？ 标准只规定了在跨越一个序列点的时候，序列点之前的副作用必须全部完成，此外就没有硬性要求了。

前置++

{
this -> m_value += 1 ;
return * this ;
}
后置++

{
   Int old =   * this ;
   ++ ( * this );
   return old;
}

序列点是一个时间点(在整个表达式全部计算完毕之后或在||、&&、? : 或逗号运算符处, 或在函数调用之前), 此刻尘埃落定, 所有的副作用都已确保结束。

C中为什么要搞这么一个复杂的序列点机制，让许多看起来很简单的代码变成未定义呢？为什么不详细的定义求值顺序呢？因为C是极端追求效率的语言，它诞生的年代计算机硬件都慢的可怜且贵的离谱，没有规定求值顺序就是要给编译器更大的余地去做优化。

而((++i) + (++i)) + (++i); 这个表达式的序列点就是语句的结束之处，也就是";"所在之处，在此之前副作用何时生效（也就是何时给i加1)完全由编译器决定，编译器可以任意选择，比如：

a, 先计算左边的子表达式((++i) + (++i)):
先对左边的i加1(此时i == 6)，再对右边的i加1(i == 7），然后再对左边的表达式求值，得到7，对右边的表达式求值，得到7，对子表达式求值，得到 7 + 7 = 14；
b，再计算右边的子表达式 (++i)
因为此时i == 7，所以++i == 8，子表达式值为8.
c, 计算整个表达式的值：14 + 8 = 22;

编译器还可以选择先对所有的3个i都加1（完成副作用），然后再分别求值，得到8 + 8 + 8 = 24.

当然也可以挨个加1、求值，得到6 + 7 + 8 = 21.

只要满足在((++i) + (++i)) + (++i);结束之后，i == 8（副作用完成）就行了，具体过程标准并没有指定，由编译器自己决定。

至于说这种行为属于未定义，是因为c标准中有这么一条：

在上一个和下一个序列点之间, 一个对象所保存的值至多只能被表达式的计算修改一次。而且前一个值只能用于决定将要保存的值。

而这里的i显然在一条语句中被修改了多次。

对于 x=5，y=(++x)+(++x)+(++x),y=?

这是和编译器有关的具体如下，仅供参考：（只列举bc和vc的情况，其他的自己找规律）1、对于赋值计算，如： i = 5; k = (++i) + (i++) + (++i) + (++i);

(1) BC下：

总体原则：先计算所有的前置++或--，再计算表达式的值，最后计算后置++或--。

a. 先计算所有i的前置++或--，得出i的值为8；

b. 再计算k = 8 + 8 + 8 + 8 = 32；

c. 最后计算i的后置++或--，得i的值为9。

(2) VC下：

总体原则：先计算前两项的前置++或--，再从第三项开始从左到右一项一项的计算，最后计算所

有的后置++或--。

a. 先计算前两项i的前置++或--，i为6，前两项之和为：6 + 6 = 12；

b. 再计算第三项++i，i的值为7，前三项之和为：6 + 6 + 7 = 19；

c. 再计算第四项++i，i的值为8，前四项之和为：k = 6 + 6 + 7 + 8 = 27；

d. 最后计算i的后置++或--，得i的值为9。

2、对于直接输出表达式的值的计算，如： i = 5; printf("%d",(++i)+(i++)+(++i)+(++i));

(1) BC下：

总体原则：从左到右一项一项的计算，后置++或--在中间计算过程中计算。

a. 计算++i，得值为6，i的值为6；

b. 计算i++，得值为6，i的值为7；

c. 计算++i，得值为8，i的值为8；

d. 计算++i，得值为9，i的值为9；

所以表达式的值为：6 + 6 + 8 + 9 = 29。

(2) VC下：

计算方法同赋值计算，表达式的值为：27。

另附vc++6.0：

int x=3,y=5,z;

// z = x*(y++)+y; // z = 20

// z = x+(++x)*y; // z = 24

// z = x+3+(++x)*y; // z = 27

// z = x+x+(++x)*y; // z = 26

// z = (++x)+x*y; // z = 24

// z = x*(y++)+(++x)*y; // z = 30

// z = (++x)+(++x)+(++x); // z = 16

// z = (x++)+(x++)+(x++); // z = 9

总结：有副作用的表达式与编译器相关，应尽量少用。如面笔试题出现此类问题，可大胆填上： 不是我不会，是题没答案；

参考：