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浅析C语言中一些“令人吃惊”的结构

作者:李肖遥

C语言会同意一些"令人震惊"的结构,下面的结构是合法的吗,我们来看看几个例子。

c = a+++b;

以下代码是合法的吗,咋的一看不禁有这样的疑问?

int a = 5, b = 7, c;
c = a+++b;

这个代码确实不咋符合习惯的写法,但是不管你相不相信,上面的例子是完全合乎语法的。问题是编译器如何处理它?

根据最处理原则,编译器应该能够尽可能处理所有合法的用法。因此,上面的代码会被处理成:

c = a++ + b;

我们来测试一下:

//https://tool.lu/coderunner/
//来源:技术让梦想更伟大
//作者:李肖遥

#include <stdio.h>
 
int main()
{
  int a = 5, b = 7, c;
  c = a+++b;
  printf("a = %d,b = %d,c = %d",a,b,c);
  return 0;
}

输出结果如下:

其执行顺序:

  1. b不变,c = a + b;,则c = 5 + 7 = 12
  2. a++,那么a = 6;

c = a+++++b;

上面那么可能只是开胃菜,那么这个表达式呢,有什么想法?咱们二话不说,直接上代码测试。

//https://tool.lu/coderunner/
//来源:技术让梦想更伟大
//作者:李肖遥

#include <stdio.h>
 
int main()
{
  int a = 5, b = 7, c;
  c = a+++++b;
  //c = (a++) + (++b);
  //c = ((a++)++) + b;
  printf("a = %d,b = %d,c = %d",a,b,c);
  return 0;
}

编译结果如下:

虽然一看就知道意思是(a++)+(++b);,但是编译就通不过,我们把括号加上,c = (a++) + (++b);,编译通过,那么出错信息大概是:括号影响了优先级?我们从侧面以及原理来解析一下。

侧面解析一下

对于a+++++b这一段代码,编译系统从左至右扫描整条语句,先遇到a++,判断出来是一个a的后缀自加运算;

然后接着扫描,遇到一个+,+是一个二目运算符,它的左边已经有一个运算数a++了,系统就向右搜索第二个运算数;

又遇到一个+,++比+的运算级别要高,这时,编译系统就将两个+看成一个整体来处理;

既然是++,编译系统就认定,肯定它的左边或右边有一个变量,编译系统先搜索左边,发现++,不是变量;

再搜索右边,发现+b+b是什么东西?编译系统是无法搞明白的;

因此它就认为++是一个缺少左值的自增运算符,于是提示错误给用户:lvalue required as increment operand

原理解析一下

C语言在这里遵循词法解析的贪婪匹配原则。优先匹配尽可能多字符的符号,无论是否有语法错误(因为词法分析时还没有语法检查)。

于是a+++++b会被当作a ++ ++ + b,这是非法的表达式,因此产生编译错误。

这个问题在ISO C99标准中直接以示例描述,原文如下:

“EXAMPLE 2 The program fragment x+++++y is parsed as x ++ ++ + y, which violates a constraint on increment operators, even though the parse x ++ + ++ y might yield a correct expression.

那么,也许是c = ((a++)++) + b;这个意思呢?

我们编译结果依然报错,如下:

这涉及到“左值”的问题。百度百科定义如下:

“左值(lvalue) 是B语言/C语言/C++语言等类C语言中的一类表达式。“左”(left)的原意是指可以放在赋值符号“=”的左边,但其实也表示能作为&和++等操作符的操作数(B语言中已经如此)。而且,现代C/C++中的含义已经不局限于此。lvalue的l被重新解释为location。这也对应于ISO C11/ISO C++11的内存位置(memory location)。

总结:a存在左值,可以有表达式:a++。但是(a++)不存在左值,无法继续执行(a++)++操作,所以最终报错。

怎么样才能编译正确呢?

a+++++b在编译时会报错,那么a++ + ++b呢?来看以下代码:

//https://tool.lu/coderunner/
//来源:技术让梦想更伟大
//作者:李肖遥

#include <stdio.h>
 
int main()
{
 int a = 5, b = 7, c;
 c = a++ + ++b;
 printf("a = %d,b = %d,c = %d",a,b,c);
 return 0;
}

结果如下:

其代码与c = (a++) + (++b);结果一样,说明是正确的,其按照下面顺序执行:

  1. 先执行b自加,b变为8;相当于:b = b+ 1;
  2. 求a与b之和,赋给c;相当于:c = a + b ;//c = 5+8;
  3. 执行第二步之后,a自加1:a++;

c=(++a,b++,a++,++b);

这个表达式看着爽不爽?我们知道自增自减运算,表示对自身进行a=a+1或者a=a-1的运算。

++a表示在调用前就a+1a++表示在调用后+1。

int c=(++a,b++,a++,++b);这个逗号隔开的表示用最后一个式子对C进行赋值,测试如下:

//https://tool.lu/coderunner/
//来源:技术让梦想更伟大
//作者:李肖遥

#include <stdio.h>
 
int main()
{
 int a = 5, b = 7, c;

 c=(++a,b++,a++,++b);
 printf("a = %d,b = %d,c = %d",a,b,c);
 return 0;
}

输出的结果如下:

这段执行的顺序如下

  1. 先执行++a,a=6;
  2. 再执行b++,b=8;
  3. 接下来a++,a=7;
  4. 再执行++b,b=9;
  5. 把最后一个的式子b=9的值赋给c,所以c等于9。如果改成c=(++a,b++,a++,b++); ,那么c就是等于8,因为是调用后再自增。

总结

我们看到这些有趣且不常见的代码的时候,无需怀疑,只需要根据经验一步一步分析,就会发现其中的玄妙之处。在此我总结以下几点。

  1. 如果你一看就知道了答案,或猜出正确答案,说明基础做得好,点个赞。
  2. 如果你很犹豫,不知道答案,这也是正常的,因为很少见到这样写代码的,但是我们也需要去了解,才能究其根源。
  3. 我总结这个问题,是想提起一个关于代码编写风格,代码的可读性,代码的可修改性的话题,这样我们在写代码的时候才能够注意到,更好的编码。

本文分享自微信公众号 - 技术让梦想更伟大(gh_f7effb2fbc1c),作者:李肖遥

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原始发表时间:2020-07-27

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