c++ - 未定义的行为和序列点

Question

什么是“序列点”？
未定义行为和序列点之间有什么关系？
我经常使用像a[++i] = i;这样有趣而复杂的表达方式。 ，让自己好受些。为什么我应该停止使用它们？
如果您已阅读本文，请务必访问后续问题 Undefined behavior and sequence points reloaded .

(注意:这是对 Stack Overflow's C++ FAQ 的一个条目。如果您想批评以这种形式提供常见问题解答的想法，那么 the posting on meta that started all this 将是这样做的地方。该问题的答案在C++ chatroom ，FAQ 的想法首先从这里开始，因此您的答案很可能会被提出该想法的人阅读。)

Answer 1

C++98 和 C++03

此答案适用于旧版本的 C++ 标准。该标准的 C++11 和 C++14 版本并未正式包含“序列点”；操作是“先排序”或“未排序”或“不确定排序”。净效应基本相同，但术语不同。

免责声明 :好的。这个答案有点长。所以阅读时要有耐心。如果你已经知道这些东西，再读一遍也不会让你发疯。

先决条件 :C++ Standard 的基本知识

什么是序列点？

标准说

At certain specified points in the execution sequence called sequence points, all side effects of previous evaluations shall be complete and no side effects of subsequent evaluations shall have taken place. (§1.9/7)

副作用？什么是副作用？

表达式的求值会产生一些东西，如果另外在执行环境的状态中发生变化，则可以说该表达式(其求值)有一些副作用。

例如:

int x = y++; //where y is also an int

除了初始化操作之外， y 的值也会由于 ++ 运算符的副作用而改变。

到现在为止还挺好。继续到序列点。 comp.lang.c 作者 Steve Summit 给出的 seq 点的替代定义:

Sequence point is a point in time at which the dust has settled and all side effects which have been seen so far are guaranteed to be complete.

C++ 标准中列出的常见序列点是什么？

那些是:

在完整表达式 ( §1.9/16 ) 的评估结束时(完整表达式是不是另一个表达式的子表达式的表达式。)1

例子 :

int a = 5; // ; is a sequence point here

在对第一个表达式 ( §1.9/18 ) 2 求值之后的以下每个表达式的求值中

a && b (§5.14)

a || b (§5.15)

a ? b : c (§5.16)

a , b (§5.18)(这里 a , b 是逗号运算符；在 func(a,a++) 中，, 不是逗号运算符，它只是参数 a 和 a++ 之间的分隔符，因此行为未定义。这种情况(如果 a 被认为是原始类型))

在函数调用中(无论函数是否内联)，在评估所有函数参数(如果有)之后
在函数体 ( §1.9/17 ) 中执行任何表达式或语句之前发生。

1 : 注意:完整表达式的求值可以包括非词法的子表达式的求值
完整表达的一部分。例如，评估默认参数表达式(8.3.6)中涉及的子表达式被认为是在调用函数的表达式中创建的，而不是在定义默认参数的表达式中创建的

2 :指示的运算符是内置运算符，如第 5 条所述。当这些运算符之一在有效上下文中重载(第 13 条)，从而指定用户定义的运算符函数时，表达式指定函数调用和操作数形成一个参数列表，它们之间没有隐含的序列点。

什么是未定义行为？

该标准将 §1.3.12 部分中的未定义行为定义为

behavior, such as might arise upon use of an erroneous program construct or erroneous data, for which this International Standard imposes no requirements ³.

Undefined behavior may also be expected when this International Standard omits the description of any explicit definition of behavior.

3 :允许的未定义行为范围从完全忽略情况并产生不可预测的结果，到在翻译或程序执行期间以环境特征(有或有-
出诊断消息的发布)，终止翻译或执行(随着诊断消息的发布)。

简而言之，未定义的行为意味着 任何 都可能发生，从守护进程飞出您的 Nose 到您的女 friend 怀孕。

未定义行为和序列点之间的关系是什么？

在我开始之前，您必须了解 Undefined Behaviour, Unspecified Behaviour and Implementation Defined Behaviour 之间的区别。

您还必须知道 the order of evaluation of operands of individual operators and subexpressions of individual expressions, and the order in which side effects take place, is unspecified 。

例如:

int x = 5, y = 6;

int z = x++ + y++; //it is unspecified whether x++ or y++ will be evaluated first.

另一个例子 here 。

现在 §5/4 中的标准说

1) 在前一个和下一个序列点之间，标量对象最多应通过表达式的评估修改其存储值一次。

这是什么意思？

非正式地，这意味着在两个序列点之间，一个变量不能被修改多次。
在表达式语句中， next sequence point 通常位于终止分号处，而 previous sequence point 位于前一条语句的末尾。表达式也可能包含中间 sequence points 。

从上面的句子中，以下表达式调用了未定义的行为:

i++ * ++i;   // UB, i is modified more than once btw two SPs
i = ++i;     // UB, same as above
++i = 2;     // UB, same as above
i = ++i + 1; // UB, same as above
++++++i;     // UB, parsed as (++(++(++i)))

i = (i, ++i, ++i); // UB, there's no SP between `++i` (right most) and assignment to `i` (`i` is modified more than once btw two SPs)

但是下面的表达没问题:

i = (i, ++i, 1) + 1; // well defined (AFAIK)
i = (++i, i++, i);   // well defined 
int j = i;
j = (++i, i++, j*i); // well defined

2) 此外，仅应访问先验值以确定要存储的值。

这是什么意思？这意味着如果在完整表达式中写入对象，则在同一表达式 中对其的任何和所有访问都必须直接参与要写入的值 的计算。

例如，在 i = i + 1 中， i(在 L.H.S 和 R.H.S 中)的所有访问都是 直接参与要写入的值的计算 。所以没关系。

该规则有效地将合法表达限​​制为访问明显先于修改的表达。

示例 1:

std::printf("%d %d", i,++i); // invokes Undefined Behaviour because of Rule no 2

示例 2:

a[i] = i++ // or a[++i] = i or a[i++] = ++i etc

被禁止是因为 i 的访问之一( a[i] 中的访问)与最终存储在 i 中的值无关(发生在 i++ 中)，因此没有好的方法定义——无论是为了我们的理解还是编译器的——是在存储递增值之前还是之后进行访问。所以行为是未定义的。

示例 3:

int x = i + i++ ;// Similar to above

跟进 C++11 here 的答案。