为啥当你将函数的返回值乘以零时它不会短路？

Posted 2023-02-22

【中文标题】为啥当你将函数的返回值乘以零时它不会短路？

【英文标题】：Why doesn't it short-circuit when you multiply the return value of a function by zero?为什么当你将函数的返回值乘以零时它不会短路？

【发布时间】：2020-04-17 15:19:42

【问题描述】：

考虑如下函数：

unsigned int fact(unsigned int i) 
    if (i <= 1)  return 1; 
    return i * fact(i-1);

如果我要实例化一个新变量unsigned int f 这样f = 0 * fact(5)，为什么它不会“短路”？

unsigned int fact(unsigned int i) 
    std::cout << "a";
    if (i <= 1)  return 1; 
    return i * fact(i-1);


int main() 
    unsigned int f = 0 * fact(5);

这里的输出是aaaaa。如果f 只能为零，假设它知道返回类型，为什么还要调用该函数？它不是从左到右评估吗，请参阅0 * (unsigned int) 并知道右值将是0？

【问题讨论】：

该语言要求在应用操作之前评估所有操作数。只有逻辑运算符（&& 和 ||）在 C++ 中执行短路。

如果您删除打印，您是否检查了为 main 生成的优化代码？

【参考方案1】：

它不是从左到右计算，看到 0 * (unsigned int) 并知道右值为 0？

它可以，而且如果标准要求它这样做。

但事实并非如此。

短路根本不适合乘法。他们本可以把它变成一件事，但它可能会令人困惑。

我们都习惯了f() || g() 可能会跳过对g() 的调用，但你真的希望0 * g() 做同样的事情吗？特别是因为0 只是十亿个可能的整数之一？这将是一个奇怪的特定功能。 （相比之下，true 是仅有的两个布尔值之一。）

这与副作用无关，因为如果f() 返回true，f() || g() 将跳过g() 的副作用。就是这样。

在实践中，如果编译器知道g() 没有副作用（因此程序的行为不会改变），编译器可以在0 * g() 中忽略对g() 的调用，但这不是短路；那是"optimisation"。

【讨论】：

当我们谈论乘法时，0 不仅仅是十亿个整数之一。它与 false 对逻辑与的结构相同，true 对或的结构相同。

@xtofl “相同结构”是什么意思？

“感觉”就像零是乘以 false 是结合。我的代数不够好，无法更好地表述。

我想我能明白你的意思

【参考方案2】：

&&（逻辑和）、||（逻辑或）和?（三元运算符）必须进行短路评估。对于其余的运算符，这是一个（可选的）优化。

表达式0 * fact(5) 中fact(5) 的评估通常不能仅仅因为您知道整个表达式的结果是0 而被优化掉，因为对fact() 的调用可能会引入副作用（例如，修改一些全局变量），所以必须调用它。

正如this comment 中所说，如果可以证明没有副作用，好的编译器会优化对fact(5) 的调用。

【讨论】：

一个好的编译器将忽略对fact的调用，如果它可以证明它没有副作用。例如，如果删除了cout，则 GCC does so 是 OP 的示例。

关于副作用的讨论有点让人分心，因为无论副作用如何，短路的||/&& 操作数都可以省略。

@LightnessRacesBY-SA3.0 谢谢，我已经相应地编辑了答案。