int i = f1() * f2() 的未定义行为

Posted 2023-03-25

【中文标题】int i = f1() * f2() 的未定义行为

【英文标题】：undefined behavior for int i = f1() * f2()

【发布时间】：2021-08-10 23:33:09

【问题描述】：

我很困惑为什么这会导致未定义的行为。让我先复制粘贴教科书上的解释，然后展示我自己完美运行的代码和程序。

Precedence 指定操作数的分组方式。它什么也没说 关于计算操作数的顺序。在大多数情况下， 该顺序在很大程度上未指定。在以下表达式中* int i = f1() * f2();: *我们知道必须先调用 f1 和 f2 才能进行乘法运算。毕竟是他们的 结果相乘。然而，我们无从得知 f1 是否会在 f2 之前被调用，反之亦然。对于运营商 不指定评估顺序，表达式会出错 引用和更改同一个对象。这样做的表达式有 未定义的行为（第 2.1.2 节，第 36 页）。举个简单的例子，

-- C++ 入门 - Stanley B. Lippman 第 193 页

所以，我尝试通过编写自己的代码来应用它，但我从来没有得到未定义的行为？谁能解释一下这是什么意思？

#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

int f1()  return (5 + 5 * 4 / 2 - 3);  // 12
int f2()  return (10 + 2 * 10 / 2 - 5);  // 15

int main()

    int i = f1() * f2();
    cout << i << endl;
    return 0;

【问题讨论】：

您的两个函数都不会修改同一个变量，因此它们的求值顺序无关紧要。

it is an error for an expression to refer to and change the same object 好吧，f1 和 f2 都不会改变同一个对象。

第一：您希望如何检测未定义的行为？也就是说，如果您遇到未定义的行为，您希望看到的输出或程序行为会向您表明这一点吗？第二：为什么您认为您的示例代码会调用未定义的行为？ f1 和 f2 都不会修改 i 或其他任何与此相关的内容。

您可以通过实验验证 UB 的存在，但永远不能absence UB。 （发布的代码是可以的，但你不能仅仅通过运行它来证明）。

顺便说一句，李普曼在这里大错特错。 f1() 和 f2() 访问和修改同一个变量不是未定义的行为。未指定顺序，但任一顺序均已明确定义。您可以在 f2() 之后调用 f1() 或在 f1() 之后调用 f2()，但没有别的。

【参考方案1】：

你搞错了。作者的意思是如果订单很重要，则未指定。在您的情况下，评估顺序无关紧要。其实这个函数也可以是constexpr。但如果你有这样的事情：

int i = 0;

int f1()  return (i++) * 3; 
int f2()  return (i++) * 4; 

int main() 
    int a = f1() + f2();

现在，如果先调用f1，则结果为4。如果先调用f2，则结果为3。因此，未指定。

---

我从来没有遇到过未定义的行为？

你不能仅仅通过运行程序就知道这一点。

【讨论】：

i没有初始化的情况下，结果4和3分别如何？

@ProgrammingRage 静态变量默认初始化为零。在这个例子中，i 是一个（全局）静态变量，因此它的值一开始就为零。

好的，所以我在这里试用了您的代码：imgur.com/gh2ke8C 显然 f1() 返回了 0，f2() 返回了 4，不知何故 a 是 18????

@ProgrammingRage 因为您多次调用了这些函数。使用您的调试器逐步查看发生了什么。见What is a debugger and how can it help me diagnose problems?

@ProgrammingRage 欢迎来到具有副作用的函数空间（也就是非纯函数）

【参考方案2】：

你的代码没问题。

表达式引用和更改同一个对象是错误的

^{（我的粗体字）}

您不会更改表达式中的任何对象，因此该规则不适用。

以下是该规则何时适用的示例：

int a = 42;
int i = a++ * a++;

请注意，如果更改发生在函数中，它将不适用：

int a = 42;
int foo() return a++;
int i = foo() * foo();

这是因为 UB 仅在 two accesses to an object are unsequenced relative to each other 时发生，即可以以任何顺序发生，包括并行发生。这不一定意味着“并行线程”，也可能意味着“单线程，但执行任务的处理器指令可能是交错的”。

但是同一线程上的两个函数调用不能并行发生（并且它们的指令不能交错）。相反，在这种情况下，它们是不确定排序的，即一个紧接着一个，但不确定哪个是第一个。

还要注意

从 C++17 开始不再适用。

【讨论】：

i = (a=2) * (a=3) 也会是这样的例子吗？ （因为，如果是的话，那我觉得比i = i++ * i++更简单的例子@

抱歉，我多次阅读您的回答，但当您说indeterminately sequenced 但不能交错时，我不明白。一方面你是说顺序是不确定的，可以按任何顺序发生，但不能混合？？？

@ProgrammingRage he(?) 基本上表示函数是同步调用的。 （即控件在第一个函数调用返回之前不会转到另一个函数调用）。

@ProgrammingRage 这不是错误，而是功能！

@ProgrammingRage ***.com/a/2934909/10147399

【参考方案3】：

来自 C++ 标准草案：

3.64 [defns.undefined] 未定义的行为

本文档没有要求的行为 [注 1：未定义的行为可能是 当本文档省略任何明确的行为定义时预期 或者当程序使用错误的构造或错误的数据时。 允许的未定义行为范围从忽略情况 完全具有不可预测的结果，在翻译过程中表现得很好 或以文件化方式执行程序的特征 环境（无论是否发布诊断消息），以 终止翻译或执行（发出 诊断信息）。许多错误的程序结构不会产生 未定义的行为；他们需要被诊断出来。评价一个 常量表达式 ([expr.const]) 从不显式地表现出行为 在 [intro] 到 [cpp] 中指定为未定义。 ——尾注]

因此，几乎所有事情都是可能的，甚至是给定实现的可预测行为。

但是，您的程序没有显示任何 UB。 f1 和 f2 没有任何边界效应，因此它们的评估顺序没有影响。

【讨论】：

是的，我知道f1() 和f2() 没有任何UB。但我试图了解什么代码会导致 UB。