c++ 表达式执行顺序

计算顺序

在c++中，任何表达式（函数参数，子表达式）中的运算元的计算顺序都是不固定的。对于相同的表达式，编译器可能生成不同计算顺序的指令。

同时，在c++中，没有像从左到右，或从右到左的计算规则（刚接触c++的人，容易将计算顺序与运算符的结合性混淆）。比如表达式:

f1()+f2()+f3()

按加法从左向右的结合性，可以转换为：

(f1() + f2()) + f3()

结合性仅仅提供了，表达式需要计算那些单元，至于这些单元的计算顺序，需要使用其他规则。在本表达式中，f3() ，f2(),f1()的计算顺序是不定的，可能f3()最先计算，也可能，最后计算f3(),或者，先计算f2(),再计算f3()。

计算顺序模型

对于一个表达式，根据运算符的优先级与结合性，生成需要计算的计算单元集合。每两个计算单元有一种顺序关系，根据这种顺序关系，以计算单元为顶点，计算先后关系为边，生成一个有向图。

建立这个有向图之后，进行拓扑排序，即可得到一种执行顺序（因为有向图的拓扑排序不一定唯一，所以，可能产生多种执行顺序；如果这多种执行顺序影响程序的执行结果，则会造成程序行为undefined）

以f1()+f2()+f3()为例，

1. 生成计算单元集合：{f1(), f2(), f3(),f1() + f2(), (f1() + f2()) + f3()}

2. 根据规则，生成有向图：(***********)

3. 有向图拓扑排序
4. 生成执行顺序

Sequenced-before rules

任何一个表达式或子表达式的计算，可能包含两个计算单元（0,1,2）：

• 值计算:
  计算表达式返回的值。需要读取对象的值
• side effect:
  修改对象，调用IO函数

两个计算单元的计算顺序关系包含以下四种：

1. A before B, B必须在A执行完之后执行
2. B before A, A必须在B执行完之后执行
3. A B unsequenced, A和B可以任意顺序执行，内部指令也可以混杂执行
4. A and B are indeterminably-sequenced, A先于B 或 B先于A

部分sequenced-before rules:

1. 每一个完整表达式一定先于下一条完整表达式
2. 一个表达式的值计算（not side effect）一定先于，这个表达是值计算结果的值计算
3. 函数调用，参数表达式执行早于函数体中的表达式执行
4. .........

Undefined behavior

• 对同一个对象有side effect 的两个计算单元，顺序不确定：

   i = ++i + i++; // undefined behavior i = i++ + 1; // undefined behavior (but i = ++i + 1; is well-defined) f(++i, ++i); // undefined behavior f(i = -1, i = -1); // undefined behavior

• 对同一个对象的，一个side effect 单元与一个值计算单元，顺序不确定：

    cout << i << i++; // undefined behavior  a[i] = i++; // undefined behavior