[C]副作用和序列点

概述

副作用：

《C语言核心技术》对副作用的描述：

表达式内包含了一串的常量、标识符、运算符（指示的运算方式）。表达式的目的可以是获得结果值，或者得到运算的副作用（side effect），或者两者兼备。

为了说明这句话，我们需要举几个表达式的例子：

示例1：

int x = ;
x + ;

表达式x + 1就产生了一个值，但是它没有产生一个副作用。

示例2：

int x = ;
x = x + 3;

表达式x = x+ 3产生了一个值，同时也会产生一个副作用。

以上两个例子在现阶段，你可能并不容易理解它产生的值或副作用是什么意思，但是结合《C语言核心技术》对副作用概念的解析，你应该能够明白：

一个表达式的运行，在产生一个值的过程中，表达式可能会对环境做出其他的改变，这样的改变被称为副作用（side effect），诸如变量的值被修改，或者输入输出流的数据有所变化。

回头看看示例1的表达式x + 1，由于它没有对环境做出诸如改变变量的操作，所以它的作用只是产生了一个值，这个值是3.

而示例2的表达式x = x + 3，它不但产生一个值（5），同时还产生了一个副作用，这个副作用是改变变量x的值为5，在遇到一个序列点之前，它会完成这个操作。

现在我们引入了一个新的概念，序列点：

在程序的执行旗舰有一些点，在这些点中，一个特定表达式的所有副作用都会完成，而下一个表达式的副作用尚未发生。程序中这样的点被称为序列点。在两个连续的序列点之间，可以用任何次序做局部运算。作为一名程序员，你必须特别小心，不要在两个连续的序列点之间多次修改任何对象。

通俗点说就是，当表达式的执行遇到一个序列点的时候，它前面所产生的副作用都会被完成，才会继续执行下去。

然而如果当前产生了几个以上的副作用，而这个副作用又是同时作用于同一个对象（一般是修改），那么它的执行结果是不确定的！

除了以上情况，还有一点，就是如果一个表达式在两个序列点之间调用了函数，这个函数的运行顺序和自变量表达式的运行顺序也是不确定的！

在《C语言核心技术》第5章："函数调用"一小结中提到：

至于程序是以怎样的次序来计算“函数表达式”和个别“自变量表达式”，这是没有定义的。

请看示例3：

int i = ;
printf( "%d %d\n", i, ++i );     //行为没有定义

printf中的两个自变量表达式当中，子表达式i和++i是不能确定运行顺序的，因为++i有一个副作用，如果这个副作用先运行，那么表达式i的结果就是1，否则i的结果就是0；

除了自变量表达式的执行顺序，函数本身的执行顺序也是不确定的，如果一个两个序列点之间的表达式中出现了多次函数调用的话！

请看示例4：

int x = f() + g();

该表达式产生了一个值(f() + g())，产生了3个副作用:

• 修改x的对象为表达式结果；
• 运行函数f；
• 运行函数g；

如果函数f和函数g之间的执行绪互相不影响，那么它的结果是没有问题的，因为在遇到序列点之前，虽然产生了3个副作用，但是x依赖子表达式f() + g()的值，所以x的值是不需要担心的，它必然是子表达式(f() + g())的值。

然而在子表达式中，函数f和函数g之间的运行顺序是不确定的，有些编译器编译下，可能先运行f()，有些可能先运行g()！

请看示例5：

int x = ;
x = x++;

在第二条表达式中，一共产生了两个副作用：

• x++得出了一个值，留下一个副作用：把x的值赋值为2（因为是左递增，所以这里表达式得出来的值是x递增之后的值，2）；
• 而前面的赋值操作也留下了一个副作用：把x赋值为子表达式x++得出来的值1（因为是右递增，所以这里表达式得出来的值是x递增之前的值，1），这个副作用一旦执行，就会把变量x赋值为1；

然后呢，如果第一个副作用先执行，x++先把x的值改变为2，然后轮到第二个副作用登场了，没有错，它把x的值又赋值为1了。。。

在这次操作中，x++的递增1运算就相当于丢失了，如果不考虑序列点，表达式的运算结果就是不可预知的。

所以我们必须确保在两个序列点之间的代码，不会出现修改同一个对象多次的副作用出现。

会出现序列点的位置

• 在一个函数调用时，所有的自变量被计算之后，并且在执行权传递到函数语句之前。
• 在表达式的末端，并且此表达式不是一个更大的表达式的一部分。这种完整的表达式包括：“表达式语句”内的表达式（请参考第6章“表达式语句”），for语句内的三个条件表达式、if或while语句的条件语句、return语句的表达式，以及初始化语句(initializer)。
• 在下列运算符的第一个操作数被计算完成后：

1. && （逻辑 AND）
2. || （逻辑 OR）
3. ？ ： （条件运算符）
4. , （逗号运算符）

示例6：

++i <  ? f(i++) : (i = );

这个表达式是合适的，因为在第一个修改i的地方和另外两个修改i的地方之间有一个序列点。