表达式求值顺序潜在的缺陷



C++primer 第124页一问题： C++语言没有明确规定大多数二元运算符的求值顺序，给编译器优化留下了余地，这种策略实际上是在代码生成效率和程序潜在缺陷之间进行了权衡，你认为这可以接受吗？

 

表达式的意义：

1）定义了表达式计算过程（运算符的优先级 和结合律 运算对象的求值顺序）

2）指出对环境（可以把环境看作当时可用的所有变量）是否有影响。即有否有副作用。

 

 程序潜在缺陷是怎么产生的？也就是，如果 C/C++  程序里的某个表达式（部分）有副作用，这种副作用何时才能实际体现到使用中？

  程序执行中存在一系列顺序点（时刻），语言保证一旦执行到达一个顺序点，在此之前发生的所有修改（副作用）都必须实现（必须反应到随后对同一存储位置的访问中） ，在此之后的所有修改都还没有发生。在顺序点之间则没有任何保证。对 C/C++ 语言这类允许表达式有副作用的语言，顺序点的概念特别重要。 

 

C/C++语言定义（语言的参考手册）明确定义了顺序点的概念。顺序点位于：

1.  每个完整表达式结束时。完整表达式包括变量初始化表达式，表达式语句，return 语句的表达式，以及条件、循环和 switch 语句的控制表达式（for 头部有三个控制表达式）；  

2.  运算符 &&、||、?:  和逗号运算符的第一个运算对象计算之后； 

3.  函数调用中对所有实际参数和函数名表达式（需要调用的函数也可能通过表达式描述）的求值完成之后（进入函数体之前）。

  所以在 上一个顺序点 到下一个顺序点之间，所有的副作用都要实现，但实现的顺序就不一定了。

例如：

a = 1； 

fun(a++, b, a+5)； 

Fun函数的调用表达式就位于a=1；完成的顺序点之后 在这个函数调用的顺序点之前。在这之间 要执行 a++ ， b ， a+5 这几个表达式，但是其中a++有副作用，但是这个副作用在a+5之后实现 还是在之前实现，是未定义的。

问题回答：

   C/C++ 语言的做法完全是有意而为，其目的就是允许编译器采用任何求值顺序，使编译器在优化中可以根据需要调整实现表达式求值的指令序列，以得到效率更高的代码。像 Java 那样严格规定表达式的求值顺序和效果，不仅限制了语言的实现方式，还要求更频繁的内存访问（以实现副作用），这些可能带来可观的效率损失。应该说，在这个问题上，C/C++和 Java 的选择都贯彻了它们各自的设计原则，各有所获（C/C++  潜在的效率，Java 更清晰的程序行为），当然也都有所失。还应该指出，大部分程序设计语言实际上都采用了类似 C/C++的规定。

  C/C++  语言的规定告诉我们，任何依赖于特定计算顺序、依赖于在顺序点之间实现修改效果的表达式，其结果都没有保证。程序设计中应该贯彻的规则是：如果在任何“完整表达式”（形成一段由顺序点结束的计算）里存在对同一“变量”的多个引用，那么表达式里就不应该出现对这一“变量”的副作用。否则就不能保证得到预期结果。