C語言++a與a++的實現機制與操作符結合優先順序
看到一道“經典Linux C“面試題,關於左值和右值的。
華為筆試題
1.寫出判斷ABCD四個表示式的是否正確, 若正確, 寫出經過表示式中 a的值(3分)
int a = 4;
(A)a += (a++); (B) a += (++a) ;(C) (a++) += a;(D) (++a) += (a++);
a = ?
答:C錯誤,左側不是一個有效變數,不能賦值,可改為(++a) += a;(補充:在我現在用的gcc中,++a也是不能當左值的)
改後答案依次為9,10,10,11
可以看出,這個題除了測試你關於++a與a++中“自加1是先生效還是後生效?”以外,還要測試你對左值和右值的理解。
根據這個參考答案大膽的猜測一下過程:
A選項,a加上自身的後自增(還沒有生效),得a的雙倍,隨後a的後自增生效,變成了2a+1,即9。
B選項,a加上自身的前自增。注意:這個自增已經生效了,因為是賦值語句,等號“=”右邊的表示式先生效?(到底賦值表示式左邊右邊怎麼個生效順序?下文也驗證了,gcc把這個問題避免了,因為左邊不允許出現這種形式!)等號右邊的a變5,左邊的a隨即也變成了5,所以是兩個a的前自增(即4 + 1 == 5)相加(5 + 5),結果10!
C選項(“改”後),a的後自增加上a的自身,這裡因為後自增(a++)是個“臨時變數”,沒有記憶體地址(即右值),所以不能用左賦值目標,替換成“左值”(++a),根據B選項等號右邊先生效的原則,應該是4+4,之後再自加1,變成9才對(或者理解為4+1,再+4,反正沒區別)。。。。。反正順序不對,有衝突~!!
D選項,a的前自加1(值為5)加上a的後自加1(為便於理解,寫成5++),結果10,表示式結束後a的後自加1生效,結果11。
有些小衝突!如果賦值表示式的符號“=”左邊和右邊有先後順序(一般認為右邊先)的話,C就是錯的,因為你不應該改變等號右邊先執行的那部分~
除非說++a在整個賦值表示式之前就生效,而a++在整個表示式結束時才生效。這樣才能解釋通!!!
那麼,事實究竟如何?
還是做個程式測試了下的好,這種比較迷惑人的東西一定要自己親自操作一下,多試試條件,看看細小差別。
因為這四個選項是重複的,所以把a換成了a、b、c、d四個變數(這些自加賦值“表示式”一定不要放在printf裡,printf要單獨放,因為自加導致列印結果不準確。)
#include<stdio.h>
//some unique and different useage of plusplus
main(){
int a = 4;
int b = 4;
int c = 4;
int d = 4;
a += (a++);
b += (++b);
//who said that ++c could be work in linux C????
// (c++) += c;
// (++c) += c;
// (++d) += d++;
printf("a = %d\n",a);
printf("b = %d\n",b);
printf("c = %d\n",c);
printf("d = %d\n",d);
}
gcc編譯結果:
aplusplus.c:12:8: error: lvalue required as left operand of assignment
aplusplus.c:13:8: error: lvalue required as left operand of assignment
aplusplus.c:14:8: error: lvalue required as left operand of assignment
這三行分別指註釋掉的三個語句~~
實測發現,(c++)不能當做左值,(++c)和(++d)同樣不行,和括號也沒有關係,那麼在我的 gcc (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 4.6.3
貌似測試不了++a作為左值的情況了。
這塊弄不了,先掛起,看看左值右值的問題吧,根據描述,右值一般是沒有記憶體地址的,是臨時的,通俗點說,是個表示式,不是個值。
用gdb設斷點,看下執行過程:
首先,a(值為0x4)和b(值為0x4)分別壓入棧,地址分別是0x10和0x14
4 int a = 4;
1: x/i $pc
=> 0x80483ed <main+9>: movl $0x4,0x10(%esp)
(gdb) si
5 int b = 4;
1: x/i $pc
=> 0x80483f5 <main+17>: movl $0x4,0x14(%esp)
Breakpoint 1, main () at aplusplus.c:9
9 a += (a++);
1: x/i $pc
=> 0x804840d <main+41>: mov 0x10(%esp),%eax
第九行是a += (a++);處相應斷點,看下a和b的自加過程。=> 0x804840d <main+41>: mov 0x10(%esp),%eax
0x8048411 <main+45>: add %eax,%eax
0x8048413 <main+47>: mov %eax,0x10(%esp)
0x8048417 <main+51>: addl $0x1,0x10(%esp)
0x804841c <main+56>: addl $0x1,0x14(%esp)
0x8048421 <main+61>: mov 0x14(%esp),%eax
0x8048425 <main+65>: add %eax,%eax
0x8048427 <main+67>: mov %eax,0x14(%esp)
。。。。。。
先看a += a++;
a從棧地址0x10中移入eax暫存器中,
在eax暫存器中自加(相當於double了一下4*2 == 8),
從eax再移回棧地址0x10,
最後,給棧地址0x10中加入直接數1(8+1 == 9)
然後b += ++b;
先把直接數1加到b所在棧地址0x14中(4+1 == 5),
然後從棧中移動b(5)到eax暫存器中,
在eax暫存器中自加(5*2 == 10),
移動b回棧中地址0x14。
結論:不管邏輯上怎麼認為,什麼“++a為自加1先生效,a++為自加1後生效,臨時變數不可被賦值,等號左邊右邊誰先生效”。到最後,怎麼實現都是編譯器說了算,以下至少能算是我這個版本的 gcc (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) 4.6.3 下的結論。
a++和++b,中間過程類似,都是在eax暫存器中,用自己加自己(即乘以2),主要區別就是自加1的位置,一個在最前,一個在最後。不知道其他版本的編譯器,至少我這個版本的編譯器把問題簡化了,根本不允許在賦值符號”=“左邊放++a或a++一類語句,也就是說++a也不被認為是左值,所以根本沒法區分賦值符號”=“左右的先後一說。
那麼,還有臨時變數一說麼?再看兩種情況:test++和d += a++(因為之前a和b都是和自己相加,這兩個情況沒測到)
8 int test = 5;
1: x/i $pc
=> 0x804840d <main+41>: movl $0x5,0x2c(%esp)
(gdb)
9 test++;
1: x/i $pc
=> 0x8048415 <main+49>: addl $0x1,0x2c(%esp)直接把立即數加到test所佔的棧空間0x2c中
22 d += a++;
1: x/i $pc
=> 0x804848c <main+168>: mov 0x1c(%esp),%eax 把a移到eax暫存器中,
=> 0x8048490 <main+172>: add %eax,0x28(%esp) a的值直接加到d所在記憶體地址中(d += a)
=> 0x8048494 <main+176>: addl $0x1,0x1c(%esp) 將立即數1加給a
所謂臨時變數不臨時變數,至少從這個角度無法證明,尤其單獨的test++,直接在原地址修改,當然有地址,當然是左值(不足之處是現在的這個是巨集彙編,還不是單獨的彙編命令,不夠詳細)。只有在a += a++;之類更復雜的語句中才能體會這種差別來,所以,這應該是程式語言和編譯器之間協調的一個過程吧,編譯器看要怎麼來解決某種情況,怎麼實現,解決不了就禁止了。
如果真要我解釋:(a++)是一個“沒地址的臨時變數”的話,那根據上面的過程,我更願意相信這個“臨時變數”根本沒存在過。
如果在暫存器eax中的值算臨時變數的話,那它其實還是原值,而不是自加1以後的值。
歸根結底,那是C語言的定義,“左值返回地址”、”右值是無地址的表示式“。一旦不在C語言層面看,很多東西都顛覆了,所以也不好這樣論,C語言中的定義還按C語言的走吧,他說怎麼算左值怎麼算吧,知道實現過程就行了。
目前為止至少可以說,在這個環境下,以我通過a、b發現的規律來推測,C選項的“參考答案”是錯誤的:
C選項應該是a*2 == 8以後再自加1,應該是9;
而D選項,如果可以的話,可能是:a先自加1變5,5*2 == 10以後,10再自加1變11。
但這都是推測,不執行就不敢確認,況且人家的c和d的自增可以在“=”左邊,我使用的a和b都是在“=”右邊的情況,說不定會有特例。。。
以我的這個環境還真的沒法測出來!遺憾,暫時不能完美解決這個問題。
但畢竟很多人都提到++a當左值的情況了,也許以前gcc有這樣的。
還有很多要注意的事,比如,C和C++ 是不一樣的,C在不同的系統和不同的編譯器下,結果也不同:
為什麼C++中++++a可以而a++++不可以? 其實這取決於++左結合操作符號的操作函式,編譯器中對於++a的呼叫相當於 int operator++ (int) 而++右操作符號操作函式時,相當於這樣,返回的依然是一個int型,所以無論++在a的左邊多少個都是可以的。 const int operator++() 注意這裡返回的是一個const的,const只能作為右值,而不能作為左值的。 所以a++是可以的,但是a++++就不行,因為a++返回的是一個const的int值,而該值是不能改變的,所以a++++不行。
常見小例子分析:
#include<stdio.h>
main(){
int a = 1;
// a = a +++++ a;//估計和下邊帶括號的執行順序一樣。
a = a++ + ++a;
// a = a + (++(++a));//前邊也提到我的gcc是不允許++a當左值的,所以這種也不用試了
printf("%d\n",a);
}
~
//如果寫成a = a +++++ a;會編譯出錯。
[email protected]:/usr/local/C-language# gcc apppppa.c
apppppa.c: In function ‘main’:apppppa.c:5:10: error: lvalue required as increment operand
修改後。[email protected]:/usr/local/C-language# gcc apppppa.c
[email protected]:/usr/local/C-language# ./a.out
5
很特別的一點就是,”a+++++a“中,並不是編譯器簡單的算順序結合,此處空格很重要,能改變性質。
結果呢,沒什麼好說的,先+1變成2,然後2+2變成4,最後+1變成5,下面是過程。0x80483f5 <main+17>: addl $0x1,0x1c(%esp)
0x80483fa <main+22>: mov 0x1c(%esp),%eax
0x80483fe <main+26>: add %eax,%eax
0x8048400 <main+28>: mov %eax,0x1c(%esp)
0x8048404 <main+32>: addl $0x1,0x1c(%esp)
有人的機子號稱跑出了4的結果,還是GCC,可惜沒說什麼版本,多少位。即使不知道自己的GCC什麼版本,不知道自己系統的彙編怎麼一個過程,他也能解釋得跟結果一樣:
a = a++ + ++a;
他的解釋是a++的結果是1。然後++a時a初始是2,++後變成3。結果就是a=1 + 3也就是4。
也就是說在第三個加號之前,a++在表示式中就已經生效了,那還要++a幹嘛(真有這種版本的GCC?)所以這種事,有點馬後炮的感覺,你根據你機子的結果,猜測這個結合過程和順序,這完全沒有任何意義,沒有環境和結果讓你說,那就沒結論了。
畢竟人家執行也出現了結果4,也不敢一棒子打死,保留意見吧。也許,他把表示式寫在printf裡了——那4就很好解釋了。。。
既然都不允許當左值了,那麼想當然:
++++a;
a++++;這種在我這都不可能允許。
PS:
如何答這道題?
記得幾點就好了,首先知道左值右值這種基本概念,然後,可以”考慮“(只是考慮,靠譜不靠譜需要進一步詳查資料)說下一般認為賦值表示式右邊先執行。
然後,拿出撒手鐗,告訴他“和編譯器有關,至少我的xxxx編譯器是那樣的~!”,
然後可以試著“分析”:“我查看了Linux(AT&T)巨集彙編,是把前自增放在整個式子前邊,後自增放在整個表示式後邊,把整個賦值語句當做一個整體,不分左右”
如果有需要,可以進一步查C語言相關資料,這還包括不同版本的區別,比如C99、ANSI C、C89、K&R C
gcc下的語言規範設定:
-std=iso9899:1990,-ansi或-std=c89 (三者完全等同)來指定完全按照c89規範,而禁止gcc對c語言的擴充套件。
-std=iso9899:199409 使用C95規範
-std=c99 或者 -std=iso9899:1999 使用C99規範。
-std=gnu89 使用c89規範加上gcc自己的擴充套件(目前預設)
-std=gnu99 使用c99規範加上gcc自己的擴充套件
不知道這能否證明我這個結論和語言規範無關:
=========================================================================================================================
2016.02.21補充:
討論左右的自增順序是說的賦值表示式"="兩邊,而不是“=”右側,這算同一邊,在同一邊的話,前自增都是前自增,後自增都是後自增。(又因為很多編譯器,比如gcc,不允許賦值操作符左側有自增操作,認為這不是個左值,所以左邊自增的問題也就不用討論了,問題被簡化了)
a = (++a) + (++a);//不會出現因為右邊++a先執行而確定為x,左邊的++a後執行和確定為x+1導致結果是2x+1的情況,結果其實是2x+2。
再不行改成後自增操作:
a=(a++)+(a++);//表示式的結果是2x,但是那是表示式的結果,如果問你最後a是多少,那個後自增得算上,是2x+1。
總之,表示式本身都是偶數的。。。。。。
a = x;
b = a+++a;//b的值是表示式的值,就是(a++)+a;等於2x
a = a+++a;//a的值,當時也是2x,但是過後有個後自增呢,所以過後再取的話a的值是2x+1
a+++a;//因為有一個a的後自增在裡邊,所以最後a的值變成x+1。至於問表示式的值,就和上邊b一樣了。
三者的區別要認清。或者也看是問你表示式結果還是a的值或者b的值。
就看問題問的是什麼東西,表示式,還是詞句結束後某變數的值。
因為在同一表示式內自增自減操作無關於順序
(a++)+a;與a+(a++);等價
++a+a;與a+(++a);等價
另外,關於一長串自增符號的預設結合律,目前的gcc看的話都是左結合的。
a+++a;//等價於(a++)+a;
a+++++a;//等價於((a++)++)+a;
回顧了一下前文a++ + ++a;//經過實際操作與和網友的交流,空格在語法上能起到括號的作用?聽說是的!至少在運算子結合優先順序上,是有所改變的。
這樣說也不對,3*5+6是21,3* 5+6還是21,只有3*(5+6)才是33.所以這個空格也就在自增運算子那才起到類似括號的作用,空格頂替括號不是常態。
再參照一下優先順序表,一般是單目運算子優於雙目運算子,而自增同樣也是優於加減法的,這個沒疑問,就是“+”太多的時候,“+”到底被看成自增還是看成加法比較頭疼。
- | 負號運算子 | -表示式 | 右到左 | 單目運算子 | |
(型別) | 強制型別轉換 | (資料型別)表示式 | |||
++ | 自增運算子 | ++變數名/變數名++ | 單目運算子 | ||
-- | 自減運算子 | --變數名/變數名-- | 單目運算子 | ||
* | 取值運算子 | *指標表示式 | 單目運算子 | ||
& | 取地址運算子 | &左值表示式 | 單目運算子 | ||
! | 邏輯非運算子 | !表示式 | 單目運算子 | ||
~ | 按位取反運算子 | ~表示式 | 單目運算子 | ||
sizeof | 長度運算子 | sizeof 表示式/sizeof(型別) | |||
3 | / | 除 | 表示式/表示式 | 左到右 | 雙目運算子 |
* | 乘 | 表示式*表示式 | 雙目運算子 | ||
% | 餘數(取模) | 整型表示式%整型表示式 | 雙目運算子 | ||
4 | + | 加 | 表示式+表示式 | 左到右 | 雙目運算子 |
- | 減 | 表示式-表示式 | 雙目運算子 | ||
5 | << | 左移 | 表示式<<表示式 | 左到右 | 雙目運算子 |
>> | 右移 | 表示式>>表示式 | 雙目運算子 |
結合性 | |
---|---|
( ) [ ] -> . ++(字尾自增) --(字尾自減) | left to right |
! ~ ++(字首自增) --(字首自減) + - * sizeof(type) | right to left |
- | 負號運算子 | -表示式 | 右到左 | 單目運算子 | |
(型別) | 強制型別轉換 | (資料型別)表示式 | |||
++ | 自增運算子 | ++變數名/變數名++ | 單目運算子 | ||
-- | 自減運算子 | --變數名/變數名-- | 單目運算子 | ||
* | 取值運算子 | *指標表示式 | 單目運算子 | ||
& | 取地址運算子 | &左值表示式 | 單目運算子 | ||
! | 邏輯非運算子 | !表示式 | 單目運算子 | ||
~ | 按位取反運算子 | ~表示式 | 單目運算子 | ||
sizeof | 長度運算子 | sizeof 表示式/sizeof(型別) | |||
3 | / | 除 | 表示式/表示式 | 左到右 | 雙目運算子 |
* | 乘 | 表示式*表示式 | 雙目運算子 | ||
% | 餘數(取模) | 整型表示式%整型表示式 | 雙目運算子 | ||
4 | + | 加 | 表示式+表示式 | 左到右 | 雙目運算子 |
- | 減 | 表示式-表示式 | 雙目運算子 | ||
5 | << | 左移 | 表示式<<表示式 | 左到右 | 雙目運算子 |
>> | 右移 | 表示式>>表示式 | 雙目運算子 |
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