C 编程/副作用和顺序点

在 C 中，更普遍地说，在计算机科学中，如果函数或表达式修改了其范围之外的状态，或者与其调用函数或外部世界有可观察的交互，则该函数或表达式被称为具有副作用。按照惯例，返回值会影响调用函数，但这通常不被认为是副作用。

一些副作用是

• 修改全局变量或静态变量
• 修改函数参数
• 将数据写入显示器或文件
• 读取数据
• 调用其他具有副作用的函数

在存在副作用的情况下，程序的行为可能取决于历史；也就是说，求值的顺序很重要。了解和调试具有副作用的函数需要了解上下文及其可能的历史。^[1][2]

顺序点定义了计算机程序执行中的任何一点，在该点，保证所有先前求值的副作用都已执行，并且尚未执行后续求值的任何副作用。它们在 C 的引用中经常被提及，因为它们是确定表达式的有效性以及如果有效，其可能结果的核心概念。有时需要添加更多顺序点来使表达式定义，并确保唯一的有效求值顺序。

1. 一个表达式的求值可以先于另一个表达式的求值，或者等效地，另一个表达式的求值后于第一个表达式的求值。
2. 表达式的求值是不确定顺序的，这意味着一个是先于另一个，但哪个是未指定的。
3. 表达式的求值是无序的。

无序求值的执行可能重叠，如果它们共享状态，则会导致灾难性的未定义行为。这种情况可能出现在并行计算中，导致竞争条件。

歧义示例

考虑两个函数f()和g()。在 C 中，+运算符没有与顺序点相关联，因此在表达式f()+g()中，f()或g()有可能先执行。逗号运算符引入了顺序点，因此在代码f(),g()中，求值的顺序是定义的：首先调用f()，然后调用g()。

当在单个表达式中多次修改同一个变量时，顺序点也会发挥作用。一个经常被引用的例子是 C 表达式i=i++，它明显地将i分配给它之前的值，并递增i。i的最终值是不明确的，因为根据表达式求值的顺序，递增可能发生在赋值之前、之后或与赋值交织在一起。特定语言的定义可能指定一种可能的行为，或者只是说行为是未定义的。在 C 中，求值此类表达式会导致未定义行为。^[3]

在 C^[4]中，顺序点出现在以下位置。

1. 在&&（逻辑与）、||（逻辑或）（作为短路求值的一部分）和逗号运算符的左侧和右侧操作数的求值之间。例如，在表达式*p++ != 0 && *q++ != 0中，*p++ != 0子表达式的所有副作用在尝试访问q之前完成。
2. 在三元“问号”运算符的第一个操作数和第二个或第三个操作数的求值之间。例如，在表达式a = (*p++) ? (*p++) : 0中，在第一个*p++之后有一个顺序点，这意味着它在执行第二个实例之前已经被递增。
3. 在完整表达式结束时。此类别包括表达式语句（例如赋值a=b;）、return 语句、if、switch、while或do-while语句的控制表达式，以及for语句中的所有三个表达式。
4. 在函数调用中，函数被进入之前。参数求值的顺序没有指定，但此顺序点意味着所有参数的副作用在函数被进入之前都已完成。在表达式f(i++) + g(j++) + h(k++)中，f被调用，参数为i的原始值，但在进入f的主体之前，i被递增。类似地，在进入g和h之前，分别更新j和k。但是，没有指定f()、g()、h()执行的顺序，也没有指定i、j、k递增的顺序。如果f的主体访问变量j和k，它可能会发现这两个变量都被递增了，或者都没有被递增，或者只有一个变量被递增。（函数调用f(a,b,c)不是逗号运算符的用法；a、b和c的求值顺序是未指定的。）
5. 在函数返回时，返回值被复制到调用上下文之后。（此顺序点仅在 C++ 标准中指定；它仅在 C 中隐式存在。）
6. 在初始化程序结束时；例如，在声明int a = 5;中，在对5求值之后。
7. 在每个声明序列中的每个声明符之间；例如，在int x = a++, y = a++中，在对a++的两次求值之间。（这不是逗号运算符的例子。）
8. 在与输入/输出格式说明符关联的每个转换之后。例如，在表达式printf("foo %n %d", &a, 42)中，在%n被求值之后，并在打印42之前，有一个顺序点。

外部链接

• 问题 3.8 的 comp.lang.c 常见问题解答