C 程式設計/副作用和順序點

在 C 中，更普遍地說，在計算機科學中，如果函式或表示式修改了其範圍之外的狀態，或者與其呼叫函式或外部世界有可觀察的互動，則該函式或表示式被稱為具有副作用。按照慣例，返回值會影響呼叫函式，但這通常不被認為是副作用。

一些副作用是

• 修改全域性變數或靜態變數
• 修改函式引數
• 將資料寫入顯示器或檔案
• 讀取資料
• 呼叫其他具有副作用的函式

在存在副作用的情況下，程式的行為可能取決於歷史；也就是說，求值的順序很重要。瞭解和除錯具有副作用的函式需要了解上下文及其可能的歷史。^[1][2]

順序點定義了計算機程式執行中的任何一點，在該點，保證所有先前求值的副作用都已執行，並且尚未執行後續求值的任何副作用。它們在 C 的引用中經常被提及，因為它們是確定表示式的有效性以及如果有效，其可能結果的核心概念。有時需要新增更多順序點來使表示式定義，並確保唯一的有效求值順序。

1. 一個表示式的求值可以先於另一個表示式的求值，或者等效地，另一個表示式的求值後於第一個表示式的求值。
2. 表示式的求值是不確定順序的，這意味著一個是先於另一個，但哪個是未指定的。
3. 表示式的求值是無序的。

無序求值的執行可能重疊，如果它們共享狀態，則會導致災難性的未定義行為。這種情況可能出現在平行計算中，導致競爭條件。

歧義示例

考慮兩個函式f()和g()。在 C 中，+運算子沒有與順序點相關聯，因此在表示式f()+g()中，f()或g()有可能先執行。逗號運算子引入了順序點，因此在程式碼f(),g()中，求值的順序是定義的：首先呼叫f()，然後呼叫g()。

當在單個表示式中多次修改同一個變數時，順序點也會發揮作用。一個經常被引用的例子是 C 表示式i=i++，它明顯地將i分配給它之前的值，並遞增i。i的最終值是不明確的，因為根據表示式求值的順序，遞增可能發生在賦值之前、之後或與賦值交織在一起。特定語言的定義可能指定一種可能的行為，或者只是說行為是未定義的。在 C 中，求值此類表示式會導致未定義行為。^[3]

在 C^[4]中，順序點出現在以下位置。

1. 在&&（邏輯與）、||（邏輯或）（作為短路求值的一部分）和逗號運算子的左側和右側運算元的求值之間。例如，在表示式*p++ != 0 && *q++ != 0中，*p++ != 0子表示式的所有副作用在嘗試訪問q之前完成。
2. 在三元“問號”運算子的第一個運算元和第二個或第三個運算元的求值之間。例如，在表示式a = (*p++) ? (*p++) : 0中，在第一個*p++之後有一個順序點，這意味著它在執行第二個例項之前已經被遞增。
3. 在完整表示式結束時。此類別包括表示式語句（例如賦值a=b;）、return 語句、if、switch、while或do-while語句的控制表示式，以及for語句中的所有三個表示式。
4. 在函式呼叫中，函式被進入之前。引數求值的順序沒有指定，但此順序點意味著所有引數的副作用在函式被進入之前都已完成。在表示式f(i++) + g(j++) + h(k++)中，f被呼叫，引數為i的原始值，但在進入f的主體之前，i被遞增。類似地，在進入g和h之前，分別更新j和k。但是，沒有指定f()、g()、h()執行的順序，也沒有指定i、j、k遞增的順序。如果f的主體訪問變數j和k，它可能會發現這兩個變數都被遞增了，或者都沒有被遞增，或者只有一個變數被遞增。（函式呼叫f(a,b,c)不是逗號運算子的用法；a、b和c的求值順序是未指定的。）
5. 在函式返回時，返回值被複制到呼叫上下文之後。（此順序點僅在 C++ 標準中指定；它僅在 C 中隱式存在。）
6. 在初始化程式結束時；例如，在宣告int a = 5;中，在對5求值之後。
7. 在每個宣告序列中的每個宣告符之間；例如，在int x = a++, y = a++中，在對a++的兩次求值之間。（這不是逗號運算子的例子。）
8. 在與輸入/輸出格式說明符關聯的每個轉換之後。例如，在表示式printf("foo %n %d", &a, 42)中，在%n被求值之後，並在列印42之前，有一個順序點。

外部連結

• 問題 3.8 的 comp.lang.c 常見問題解答