C vs Java中的表达式评估

问题描述

int y=3;
int z=(--y) + (y=10);

使用C语言执行时，z的值等于20 但是如果在Java中使用相同的表达式，则在执行时给出的z值为12。

谁能解释为什么会这样，有什么区别？

解决方法

使用C语言执行时，z的值为20

不，不是。这是未定义的行为，因此z可以获取任何值。包括20.程序在理论上也可以做任何事情，因为标准没有说明遇到不确定行为时程序应该做什么。在此处阅读更多信息：Undefined,unspecified and implementation-defined behavior

根据经验，永远不要在同一表达式中两次修改变量。

这不是一个很好的复制品，但这会更深入地说明问题。此处未定义行为的原因是序列点。 Why are these constructs using pre and post-increment undefined behavior?

在C语言中，对于算术运算符（如+和/），标准中未指定操作数的求值顺序，因此，如果对它们进行求值有副作用，您的程序变得不可预测。这是一个示例：

int foo(void)
{
    printf("foo()\n");
    return 0;
}

int bar(void)
{
    printf("bar()\n");
    return 0;
}

int main(void)
{
    int x = foo() + bar();
}

该程序将打印什么？好吧，我们不知道。我不确定此代码段是否调用未定义行为，但是无论如何，输出都是不可预测的。我对此提出了一个问题，Is it undefined behavior to use functions with side effects in an unspecified order?，所以我将在以后更新此答案。

其他一些变量具有指定的评估顺序（从左到右），例如||和&&，并且此功能用于短路。例如，如果我们使用上述示例函数并使用foo() && bar()，则仅执行foo()函数。

我不是很精通Java，但是为了完整起见，我想提到Java除了非常特殊的情况外，基本上没有未定义或未指定的行为。 Java几乎所有内容都定义良好。有关更多详细信息，请阅读rzwitserloot's answer

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此答案分为3部分：

1. 这在C语言中的工作方式（未指定的行为）
2. 这在Java中是如何工作的（规范对此有明确的评估）
3. 为什么有区别。

对于＃1，您应该阅读@klutt的绝妙答案。

对于＃2和＃3，您应该阅读此答案。

它如何在Java中工作？

与C语言不同，java的语言规范更加明确。例如，C甚至没有告诉您数据类型int应该具有多少位，而Java lang spec却知道：32位。即使在64位处理器和64位Java实现上。

Java规范清楚地指出，x+y是从左到右进行求值的（与C的“按您喜欢的任何顺序，编译器”相对），因此，首先对--y进行求值，即显然2（具有y 2的副作用），然后评估y=10显然是10（具有y 10的副作用），然后评估2+10显然是10 12。

显然，像Java这样的语言会更好。毕竟，从定义上说，未定义的行为几乎是一个错误，C语言规范编写者在介绍这种疯狂的东西时有什么毛病？

答案是：性能。

在C语言中，编译器将源代码转换为机器代码，然后由CPU解释机器代码。两步模型。

在Java中，编译器将源代码转换为字节码，然后在运行时将字节码转换为机器码，然后由CPU解释机器码。三步模型。

如果要引入优化，则无法控制CPU的功能，因此对于C语言，只有1个步骤可以完成：编译。

因此，C（该语言）旨在为C编译器提供大量自由，以尝试生成优化的机器代码。这是一种成本/收益方案：在lang规范中以大量“未定义的行为”为代价，您将获得更好地优化编译器的好处。

在Java中，您需要执行第二步，这就是Java进行优化的地方：在运行时。 java.exe可以对文件进行分类； javac.exe相当“愚蠢”，几乎没有优化。这是故意的；在运行时，您可以做得更好（例如，您可以使用簿记功能来跟踪两个分支中的哪个分支更常用，从而使分支预测比C应用程序更好）–这也意味着现在可以进行成本/收益分析in：lang规范应清晰可见。

所以Java代码永远不会是未定义的行为吗？

不是。 Java具有一个包含大量未定义行为的内存模型：

class X { int a,b; }
X instance = new X();

new Thread() { public void run() {
    int a = instance.a;
    int b = instance.b;
    instance.a = 5;
    instance.b = 6;
    System.out.print(a);
    System.out.print(b);
}}.start();

new Thread() { public void run() {
    int a = instance.a;
    int b = instance.b;
    instance.a = 1;
    instance.b = 2;
    System.out.print(a);
    System.out.print(b);
}}.start();

在Java中未定义。它可能会打印0056，0012，0010，0002，5600，0600，还有更多可能性。很难想象像5000这样的东西（可以合法打印）：如何读取a'工作'但不能读取b呢？

出于完全相同的原因，您的C代码会产生任意答案：

优化。

规范中“硬编码”的确切成本/收益确切地体现了该代码的行为方式，将为此付出巨大的代价：您将花费大部分的优化空间。因此，java支付了费用，并且现在有了langspec变得很模糊，只要您修改/读取来自不同线程的相同字段而没有使用例如synchronized。

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使用C语言执行时，z的值为20

这不是事实。您使用的编译器将其评估为20。另一个人可以用完全不同的方式评估它：https://godbolt.org/z/GcPsKh

这种行为称为未定义行为。

在表达中，您有两个问题。

1. 未在C中指定展开顺序（逻辑表达式除外）（这是未指定的行为）
2. 在此表达式中，sequence point（未定义行为）也存在问题