C# 是不是使用 await 对 if 语句执行短路评估？

Posted 2023-02-22

【中文标题】C# 是不是使用 await 对 if 语句执行短路评估？

【英文标题】：Does C# perform short circuit evaluation of if statements with await?C# 是否使用 await 对 if 语句执行短路评估？

【发布时间】：2020-12-28 17:48:32

【问题描述】：

我相信一旦 C# 能够判断结果，它就会停止评估 if 语句条件。比如：

if ( (1 < 0) && check_something_else() )
    // this will not be called

由于条件(1 < 0) 的计算结果为false，因此无法满足&& 条件，并且不会调用check_something_else()。

C# 如何评估带有异步函数的 if 语句？是不是要等两个人都回来？比如：

if( await first_check() && await second_check() )
    // ???

这会短路吗？

【问题讨论】：

if 和 await 都不影响短路。 async 不会影响语言的行为，除了允许使用 await ，等待已经执行的异步操作而不会阻塞。

Operator && 文档的哪一部分让您认为它可以永远跳过短路？

@IanKemp：我认为你需要重新阅读 Alexei 所说的话......

但是，短路和布尔逻辑是不一样的。 ( && false) 也只能计算为 false，但 C、C#、C++ 已决定短路仅基于第一个参数。

短路与if 无关。 && 和 || 无论在哪里使用都会执行短路，例如some_var = <expression1> && <expression2>

【参考方案1】：

是的，它会短路。您的代码相当于：

bool first = await first_check();
if (first)

    bool second = await second_check();
    if (second)
    
        ...
    

注意它甚至不会调用 second_check，直到first_check 返回的等待完成。所以请注意，这不会并行执行两个检查。如果你想这样做，你可以使用：

var t1 = first_check();
var t2 = second_check();

if (await t1 && await t2)

那时：

这两个检查将并行执行（假设它们是真正异步的） 它将等待第一次检查完成，然后只等待第二次检查完成如果第一次返回true 如果第一次检查返回 false，但第二次检查失败并出现异常，则该异常将被有效地吞噬 如果第二次检查返回 false 真的很快，但第一次检查需要很长时间，那么整体操作将需要很长时间，因为它首先等待第一次检查完成

如果你想并行执行检查，一旦任何返回false就结束，你可能想为此编写一些通用代码，收集开始的任务和然后反复使用Task.WhenAny。 （您还应该考虑您希望对由于另一个任务返回 false 而与最终结果实际上无关的任务引发的任何异常发生什么。）

【讨论】：

如果第一次调用返回false，异常将被有效地吞没的明确声明。如果有人使用Task.WhenAny，则通常会忽略这一点。

谢谢，这非常有用。我实际上并不想同时评估它们，我只是好奇await 是如何工作的。

请注意，如果您想实现对所有内容的评估，可以通过使用&而不是&&来更轻松地实现：if (await first_check() & await second_check()) ... 这是因为&运算符不会绕过任何东西，而&& 在结果明确且不能被后续操作数更改时停止（即，如果第一个操作数已经是false，则检查第二个操作数没有意义）。 | 和 ||（逻辑 OR 与快捷方式 OR）也是如此，但这里的快捷方式意味着当第一个操作数为 true 时评估停止。

【参考方案2】：

检查起来超级简单。

试试这个代码：

async Task Main()

    if (await first_check() && await second_check())
    
        Console.WriteLine("Here?");
    
    Console.WriteLine("Tested");


Task<bool> first_check() => Task.FromResult(false);
Task<bool> second_check()  Console.WriteLine("second_check"); return Task.FromResult(true); 

它只输出“Tested”而不是别的。

【讨论】：

测试表明 C#允许这种短路（假设使用的编译器是兼容的）。它不显示短路是否必需，即程序员是否可以依赖。

我猜这里的一些上下文是两个await 直接一个接一个放置的语句基本上是按顺序执行的。即使它们用于异步编程，awaits 本身的执行顺序也不会改变。 （如果它们在不同的函数或其他东西中，这显然不成立。）因此它总是会在考虑调用second_check() 之前得到first_check() 的结果。因此，短路评估总是以相同的顺序执行，而不是先评估second_check()。

@Panzercrisis 另一种思考方式是await 的全部意义在于它使异步函数看起来是同步的。当它们在布尔表达式中使用时，没有理由会有所不同。

【参考方案3】：

是的。您可以使用sharplab.io自行检查，如下：

public async Task M() 
    if(await Task.FromResult(true) && await Task.FromResult(false))
        Console.WriteLine();

被编译器有效地转换成类似的东西：

TaskAwaiter<bool> awaiter;

... compiler-generated state machine for first task...

bool result = awaiter.GetResult();

// second operation started and awaited only if first one returned true    
if (result)

     awaiter = Task.FromResult(false).GetAwaiter();
...

或者作为一个简单的程序：

Task<bool> first_check() => Task.FromResult(false);
Task<bool> second_check() => throw new Exception("Will Not Happen");

if (await first_check() && await second_check()) 

sharplab.io 的第二个示例。

【参考方案4】：

由于我自己一直在编写编译器，我觉得有资格提供一个更符合逻辑的意见，而不仅仅是基于一些测试。

如今，大多数编译器将源代码转换为 AST（抽象语法树），用于以与语言无关的方式表示源代码。 AST 通常由语法节点组成。产生值的语法节点称为表达式，而不产生任何值的语法节点称为语句。

鉴于问题中的代码，

if (await first_check() && await second_check())

让我们考虑测试条件表达式，即

await first_check() && await second_check()

为此类代码生成的 AST 将类似于：

AndExpression:
    firstOperand = (
        AwaitExpression:
            operand = (
                MethodInvocationExpression:
                    name = "first_check"
                    parameterTypes = []
                    arguments = []
            )
    )
    secondOperand = (
        AwaitExpression:
            operand = (
                MethodInvocationExpression:
                    name = "second_check"
                    parameterTypes = []
                    arguments = []
            )
    )

AST 本身和我用来表示它的语法完全是即时发明的，所以我希望它很清楚。看起来 *** 标记引擎喜欢它，因为它看起来不错！ :)

此时，要弄清楚的是解释的方式。好吧，我可以告诉大多数解释器只是分层评估表达式。因此，它将以这种方式完成：

计算表达式await first_check() && await second_check()

计算表达式await first_check()

计算表达式first_check()

解析符号first_check

是参考吗？否（否则检查它是否引用了委托。） 是方法名吗？是的（我不包括解析嵌套范围、检查它是否是静态的等内容，因为它是题外话，并且问题中没有提供足够的信息来深入挖掘这些细节。）

评估参数。没有人。因此，将调用名称为first_check 的无参数方法。

调用名为first_check 的无参数方法，其结果将是表达式first_check() 的值。

该值应为Task<T> 或ValueTask<T>，因为这是一个等待表达式。

await 表达式正在等待获取它最终会产生的值。

and 表达式的第一个操作数是否产生false？是的。无需计算第二个操作数。

此时，我们知道await first_check() && await second_check() 的值也必然是false。

我包含的一些检查是静态完成的（即在编译时）。但是，它们的存在是为了让事情更清晰——不用谈论编译，因为我们只是在看评估表达式的方式。

整个事情的本质是 C# 不会关心表达式是否被等待 - 它仍然是 and 表达式的第一个操作数，因此它将首先被评估。然后，只有当它会产生true 时，才会计算第二个操作数。否则，整个 and 表达式被假定为false，否则不能。

这主要是绝大多数编译器的方式，包括 Roslyn（实际的 C# 编译器，完全使用 C# 编写）和解释器都可以工作，尽管我隐藏了一些无关紧要的实现细节，比如方式await 表达式确实在等待，您可以通过查看生成的字节码来了解自己（您可以使用像 this 这样的网站。无论如何我不隶属于这个网站 - 我只是建议它，因为它使用 Roslyn，我认为这是一个值得记住的好工具。）

澄清一下，await 表达式的工作方式相当复杂，不适合这个问题的主题。它应该得到一个完整的、单独的答案来正确解释，但我认为它并不重要，因为它纯粹是一个实现细节，不会使等待表达式的行为与普通表达式有任何不同。

【讨论】：

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