关于C/C++中i=2时，(++i)+(++i)+(++i)+(++i)的计算结果引申出的疑问

Question

非计算机专业的老师讲到C/C++中，i=2时，(++i)+(++i)+(++i)+(++i)的计算结果的时候，给出的答案是19。我感到很困惑，按照正常的计算逻辑结果应该是18，于是我到菜鸟教程的在线编译器上面试了一下，得到的结果是18，后来又在Xcode上试了一次，得到的结果也是18，更换了ACM竞赛专用的codeblocks编译，结果是19。

贴出代码：

#include "stdio.h"

int main() {
    int i=2;
    int sum=(++i)+(++i)+(++i)+(++i);
    printf("%d\n", sum);
}

由此产生了一个疑问，是什么样的原因导致了这个差异？计算出19的计算逻辑又是怎样的？

感觉是编译器的问题，但这个编译器在数值计算上为什么会导致这个差异，希望大佬能解答一下这个问题产生的深层原理。

Answer 1

估计得去研究完编译原理和各厂商编译器原码才能回答你这个问题.

Answer 2

这种题目真是够无聊的...

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在我的一台机器上是 19

@代码宇宙

似乎我这个版本编译器 更喜欢先计算 两个 ++， 然后翻倍得到8，之后再老老实实一个一个加？！

gcc version 5.4.0 20160609 (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.10)

下面是汇编 右边是C语言的形式

movl    $2, -8(%rbp)         //   *(rbp-8) = 2
movl    $0, -4(%rbp)         //   *(rbp-4) = 0
addl    $1, -8(%rbp)         //   *(rbp-8) = *(rbp-8)+1 = 3
addl    $1, -8(%rbp)         //   *(rbp-8) = *(rbp-8)+1 = 4 
movl    -8(%rbp), %eax       //   *eax = *(rbp-8) = 4
leal    (%rax,%rax), %edx    //   *edx = 2*(*eax) = 8
addl    $1, -8(%rbp)         //   *(rbp-8) = *(rbp-8)+1 = 5
movl    -8(%rbp), %eax       //   *eax = *(rbp-8) = 5
addl    %eax, %edx           //   *edx = *edx + *eax = 13
addl    $1, -8(%rbp)         //   *(rbp-8) = *(rbp-8)+1 = 6
movl    -8(%rbp), %eax       //   *eax = *(rbp-8) = 6
addl    %edx, %eax           //   *edx = *edx + *eax = 19
movl    %eax, -4(%rbp)       //   *(rbp-4) = *eax = 19 
movl    -4(%rbp), %eax       //    *eax = *(rbp-4) = 19
movl    %eax, %esi
movl    $.LC0, %edi
movl    $0, %eax
call    printf
movl    $0, %eax

再试下5个累加

int m=(++i)+(++i)+(++i)+(++i)+(++i);

movl    $2, -8(%rbp)
movl    $0, -4(%rbp)
addl    $1, -8(%rbp)
addl    $1, -8(%rbp)
movl    -8(%rbp), %eax
leal    (%rax,%rax), %edx       //        --> 也是计算两个之后翻倍
addl    $1, -8(%rbp)
movl    -8(%rbp), %eax
addl    %eax, %edx
addl    $1, -8(%rbp)
movl    -8(%rbp), %eax
addl    %eax, %edx
addl    $1, -8(%rbp)
movl    -8(%rbp), %eax
addl    %edx, %eax
movl    %eax, -4(%rbp)
movl    -4(%rbp), %eax
movl    %eax, %esi
movl    $.LC0, %edi
movl    $0, %eax

Answer 3

一.副作用(side effect)

表达式有两种功能:每个表达式都产生一个值( value )，同时可能包含副作用( side effect )。副作用是指改变了某些变量的值。如:

20         //这个表达式的值是20；它没有副作用，因为它没有改变任何变量的值。

x=5       // 这个表达式的值是5；它有一个副作用，因为它改变了变量x的值。

x=y++     // 这个表达示有两个副作用，因为改变了两个变量的值。

x=x++     // 这个表达式也有两个副作用，因为变量x的值发生了两次改变。

二.求值顺序点

表达式求值规则的核心在于 顺序点( sequence point ) [ C99 6.5 Expressions 条款2 ] [ C++03 5 Expressions 概述 条款4 ]。

顺序点的意思是在一系列步骤中的一个“结算”的点，语言要求这一时刻的求值和副作用全部完成，才能进入下面的部分。在C/C++中只有以下几种存在顺序点:

1)分号;

2)未重载的逗号运算符的左操作数赋值之后(即','处)

3)未重载的'||'运算符的左操作数赋值之后(即'||'处);

4)未重载的'&&'运算符的左操作数赋值之后(即"&&"处);

5)三元运算符'? : '的左操作数赋值之后(即'?'处);

6)在函数所有参数赋值之后但在函数第一条语句执行之前;

7)在函数返回值已拷贝给调用者之后但在该函数之外的代码执行之前;

8)每个基类和成员初始化之后;

9)在每一个完整的变量声明处有一个顺序点，例如int i, j;中逗号和分号处分别有一个顺序点;

10)for循环控制条件中的两个分号处各有一个顺序点。

对于任意一个顺序点，它之前的所有副作用都已经完成，它之后的所有副作用都尚未发生。

在两个顺序点之间，子表达式求值和副作用的顺序是不同步的。如果代码的结果与求值和副作用发生顺序相关，称这样的代码有不确定的行为(unspecified behavior).而且,假如期间对一个内建类型执行一次以上的写操作,则是未定义行为.

任意两个顺序点之间的副作用的发生顺序都是未定义的.

如：

x=x++;

该表达式只有一个顺序点，在该顺序点之前有2个副作用，一个是自增，一个赋值，这两个副作用发生的顺序是未定义的，即自增运算和赋值运算哪一个先执行是没有被定义的(注意这个顺序跟运算符的优先级是无关的，注意理解运算符优先级的含义)，这个执行次序交由编译器厂商去自行决定，因此对于不同的编译器可能会得出不同的结果。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
    
int main(int argc, char*argv[])
{
    int i=0;
    int m=(++i)+(++i)+(++i)+(++i);
    printf("%d %d\n",m,i);
    system("pause");
    return 0;
}

对于上述代码:

在gcc编译器中运行得到的结果是 11 4

而在Visual Studio 2008中运行得到的结果是 16 4

因为对于

int i=0;
int m=(++i)+(++i)+(++i)+(++i);

在两个分号之间有5个副作用，这5个副作用与子表达式的求值顺序是未定义的，对于不同的编译器会得出不同的结果。

并且在这期间对i进行了不止一次的写操作，这也是一个未定义的行为，可能会引起任何后果。

还比如:

x[i]=i++;
printf("%d %d\n",i++,i++);
function(x,x++);

这些都是未定义的行为。

因此我们平时在写代码时，尽量不要写出这样风格不好的代码，因为它不仅会给程序带来不确定性，可能会引起任何后果(比如程序崩溃)，而且对于代码的移植性来说是致命的打击。

比如:

x[i]=i++;

可以用这段代码去代替:

x[i]=i;
i++;

function(x,x++);-> function(x,x);x=x+1;

这样的代码才是风格良好的代码。

尽量保证，在两个相邻顺序点之间同一个变量不可以被修改两次以上或者同时有读取和修改，否则，就会产生未定义的行为。