Mdr-C-Tutorial

3.10.1 求值和副作用 ​

表达式求值可以拆成两部分：一部分是“算出结果值”，另一部分是“改变程序状态”。这两个部分经常同时出现，但需要分开分析。

1. 值计算 ​

值计算 (Value computation) 指的是为了得到表达式结果而进行的计算过程。例如 3 + 2 的结果是 5，这里仅发生值计算，不会改变外部状态。

2. 副作用 ​

副作用 (Side effect) 是求值过程中对程序可观察状态的改变，典型包括修改对象内容、执行输入输出、调用可能修改全局状态的函数。下面这段代码里，++ 会修改对象，printf 会产生 I/O，这两类都属于副作用。

c
#include <stdio.h>

int main(void) {
    int x = 0;
    ++x;
    printf("%d\n", x);
    return 0;
}

输出：

bash

1

3. 与完整表达式的关系 ​

C 标准保证：前一个完整表达式的副作用先于后一个完整表达式发生。因此，把读写拆到不同的语句中，就能由语句的先后确定它们的顺序。

4. 把副作用和计算分层 ​

当一个表达式既要更新对象又要参与复杂计算时，建议先把更新动作拆出来，再写纯计算表达式。这样不仅更容易确认顺序关系，也更方便调试器逐步观察状态变化。

c
int i = 0;

/* 未定义行为：对 i 的修改与 (i + 3) 中对 i 的读取之间没有先后保证 */
/* int x = (i += 2) * (i + 3); */

/* 推荐：先更新，再计算 */
i += 2;
int x = i * (i + 3);

5. 函数调用里的副作用 ​

即使返回值被丢弃，函数调用本身也可能产生副作用：只要函数修改了对象或执行了输入输出，这次调用就产生了副作用。

c
tick();        /* 可能更新时间戳、计数器或日志 */

因此，判断一个表达式是否有副作用，不仅要看表达式本身，还要看被调用函数做了什么。

6. 读写同一对象要先建立顺序关系 ​

无先后保证的读写导致未定义行为

对同一标量对象的一次修改，如果与对它的另一次修改或读取之间没有标准保证的先后关系，行为未定义。

一个典型例子是在同一表达式中对同一标量对象执行两次修改：

c
int i = 1;
int x = i++ + i++; /* 未定义行为 */

这里，i++ 既是值计算（取 i 当前值），又是副作用（将 i 加 1）。两个 i++ 的副作用之间没有序列点，标准不保证哪个先完成——编译器可以选择任意顺序甚至在寄存器中同时处理。这是未定义行为：没有保证的不只是 x 和 i 的值，而是整个程序的行为，因此不能把某一次运行结果当成规则。修复的方法同样是拆分语句。

7. 习题 ​

#10315
⚡3⏳2

判断下列表达式是否一定产生副作用，并说明副作用是什么：

  1. 1 + 2
  2. i += 1
  3. i++