C 与 Java 中的表达式计算

Question

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

在 C 语言中执行时， z值为 20，但在 java 中执行相同的表达式时， z值为 12。

谁能解释为什么会发生这种情况以及有什么区别？

Answer 1

在 C 语言中执行时，z 的值为 20

不，不是的。 这是未定义的行为，因此z可以获得任何值。 包括20。程序理论上也可以做任何事情，因为标准没有说明程序遇到未定义行为时应该做什么。 在此处阅读更多信息：未定义、未指定和实现定义的行为

根据经验，不要在同一个表达式中两次修改变量。

这不是一个好的副本，但这会更深入地解释事情。 此处未定义行为的原因是序列点。 为什么这些构造使用前后增量未定义行为？

在 C 中，当涉及算术运算符时，例如+和/ ，标准中未指定操作数的求值顺序，因此如果对这些求值有副作用，您的程序将变得不可预测。 下面是一个例子：

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

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

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

这个程序会打印什么？ 好吧，我们不知道。 我不完全确定这个片段是否会调用未定义的行为，但无论如何，输出是不可预测的。 我提出了一个问题，以未指定的顺序使用具有副作用的函数是否是未定义的行为？ ，关于那个，所以我稍后会更新这个答案。

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，如果我们使用上面的示例函数并使用foo() && bar() ，则只会执行foo()函数。

我对Java不是很精通，但为了完整性，我想提一下，除了非常特殊的情况，Java基本上没有未定义或未指定的行为。 Java 中的几乎所有内容都定义良好。 有关更多详细信息，请阅读rzwitserloot 的回答

Answer 2

这个答案有 3 个部分：

1. 这在 C 中是如何工作的（未指定的行为）
2. 这在 Java 中是如何工作的（规范清楚地说明了应该如何评估）
3. 为什么有区别。

对于#1，您应该阅读@klutt 的精彩回答。

对于#2 和#3，您应该阅读此答案。

它在java中是如何工作的？

与 C 不同，java 的语言规范被更明确地指定。 例如，C 甚至没有告诉您数据类型int应该有多少位，而 java lang 规范则告诉您：32 位。 即使在 64 位处理器和 64 位 java 实现上。

Java 规范清楚地表明x+y是从左到右求值的（相对于 C 的“按你喜欢的任何顺序，编译器”），因此，首先--y被求值，这显然是 2（侧面- y 2 的效果），然后评估y=10显然是 10（带有使 y 10 的副作用），然后评估2+10显然是 12。

显然，像java这样的语言更好； 毕竟，根据定义，未定义的行为几乎是一个错误，C lang 规范编写者引入这些疯狂的东西有什么问题吗？

答案是：性能。

在 C 中，您的源代码由编译器转换为机器代码，然后由 CPU 解释机器代码。 一个两步模型。

在java中，你的源代码被编译器转换成字节码，字节码然后被运行时转换成机器码，然后机器码被CPU解释。 一个 3 步模型。

如果要引入优化，则无法控制 CPU 做什么，因此对于 C，可以完成的步骤只有 1 个：编译。

因此，C（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。 这是一个成本/收益方案：以在 lang 规范中有大量“未定义行为”为代价，您可以获得更好的优化编译器的好处。

在 Java 中，您有第二步，这就是 Java 进行优化的地方：在运行时。 java.exe对类文件进行处理； javac.exe非常“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，您可以使用一些簿记来跟踪两个分支中的哪一个更常被采用，从而分支预测比 C 应用程序更好） - 这也意味着成本/收益分析现在产生in：lang 规范应该是清晰的。

所以java代码从来都不是未定义的行为？

不是这样。 Java 有一个内存模型，其中包含大量未定义的行为：

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中是未定义的。 它可能会打印0056 、 0012 、 0010 、 0002 、 5600 、 0600以及更多的可能性。 像5000 （它可以合法打印）这样的东西很难想象：读取a 'work' 而读取b怎么会失败？

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”的成本/收益正是此代码的行为方式，这将带来很大的成本：您将占用大部分优化空间。 因此，java 付出了代价，现在有了一个 langspec，每当您修改/读取来自不同线程的相同字段时，它都是不明确的，而无需使用例如synchronized建立所谓的“先来”保护。

Answer 3

在 C 语言中执行时，z 的值为 20

这不是事实。 您使用的编译器将其计算为20 。 另一个可以以完全不同的方式对其进行评估： https : //godbolt.org/z/GcPsKh

这种行为称为未定义行为。

你的表达有两个问题。

1. C 中未指定评估顺序（逻辑表达式除外）（这是一种未指定的行为）
2. 在这个表达式中，序列点（Undefined Bahaviour）也有问题