表达式求值的顺序

Question

我刚刚读到 C++ 中运算符的求值顺序和优先级是不同但相关的概念。但我仍然不清楚它们有何不同但又有何关联？

int x = c + a * b;    // 31
int y = (c + a) * b;  // 36

上述陈述与评估顺序有什么关系？例如，当我说 (c + a) 时，我是否通过更改表达式的优先级来更改表达式的求值顺序？

Answer 1

关于评估顺序的重要部分是任何组件是否有副作用。

假设你有这样的情况：

int i = c() + a() * b();

其中 a 和 b 有副作用：

int global = 1;

int a() {
    return global++;
}
int b() {
    return ++global;
}
int c() {
    return global * 2;
}

编译器可以选择调用 a(), b 的顺序() 和 c()，然后将结果插入到表达式中。此时，优先级将接管并决定应用 + 和 * 运算符的顺序。

在此示例中，最可能的结果是

1. 编译器将首先计算 c()，然后是 a()，然后是 b()，导致 i = 2 + 1 * 3 = 5
2. 编译器将首先计算 b()，然后是 a()，然后是 c()，导致 i = 6 + 2 * 2 = 10

但是编译器可以自由选择它想要的任何顺序。

简而言之，优先级告诉您运算符应用于参数的顺序（* 在 + 之前），而 顺序求值告诉您解析参数的顺序（a()、b()、c()）。这就是为什么它们“不同但相关”。

Answer 2

“求值顺序”是指同一表达式内的不同子表达式相对于彼此求值的时间。

例如，

3 * f(x) + 2 * g(x, y)

乘法和加法之间有通常的优先规则。但我们有一个求值顺序问题：第一个乘法会在第二个乘法之前发生，还是第二个乘法会在第一个乘法之前发生？这很重要，因为如果 f() 具有改变 y 的副作用，则整个表达式的结果将根据运算顺序而有所不同。

在您的特定示例中，不会出现这种评估场景的顺序（其中结果值取决于顺序）。

Answer 3

只要我们谈论内置运算符：不，您不会使用 () 更改计算顺序。您无法控制评估顺序。事实上，这里根本不存在“评估顺序”。

只要结果正确，编译器就可以以任何想要的方式计算该表达式。甚至不需要使用加法和乘法运算来计算这些表达式。加法和乘法仅存在于程序文本中。编译器可以完全忽略这些特定操作。在某些硬件平台上，此类表达式可能由单个原子机器操作求值。因此，“求值顺序”的概念在这里没有任何意义。那里没有任何东西可以应用“秩序”的概念。

使用 () 唯一改变的是表达式的数学含义。假设 a、b 和 c 都是 2。 a + b * c 的计算结果必须为 6，而 (a + b) * c 的计算结果必须为 8代码>.就是这样。这是唯一向您保证的事情：结果将是正确的。这些结果是如何获得的完全未知。只要结果正确，编译器就可以使用任何东西、任何方法和任何“求值顺序”。

另一个例子，如果您的程序中有两个这样的表达式，

int x = c + a * b;
int y = (c + a) * b;

编译器可以自由地计算它们，

int x = c + a * b;
int y = c * b + x - c;

这也将产生正确的结果（假设没有与溢出相关的问题）。在这种情况下，实际的评估计划根本不会像您在源代码中编写的那样。

简而言之，假设实际的评估与您在程序源代码中编写的内容有任何显着的相似之处，这充其量是天真的。尽管人们普遍认为，内置运算符通常不会翻译成其机器“对应项”。

上述内容同样适用于内置运算符。一旦我们开始处理重载的运算符，事情就会发生巨大的变化。重载运算符确实完全按照表达式的语义结构进行计算。即使对于重载的运算符也有一定的自由度，但它并不像内置运算符那样不受限制。

Answer 4

答案是可能也可能不会。

a、b 和 c 的计算顺序取决于编译器对此公式的解释。

Answer 5

考虑下面的例子：

#include <limits.h>
#include <stdio.h>
int main(void)
{
    double a = 1 + UINT_MAX + 1.0;
    double b = 1 + 1.0 + UINT_MAX;
    printf("a=%g\n", a);
    printf("b=%g\n", b);
    return 0;
}

就我们所知的数学而言，a 和 b 的计算是相等的，并且必须有相同的结果。但在 C(++) 世界中真的是这样吗？查看程序的输出。

Answer 6

我想介绍关于这个问题的一个链接值得阅读。
规则 3 和 4 提到了序列点，这是另一个值得记住的概念。