為什么 C 中的邏輯運算符在不需要時不計算整個表達式？

Question

我正在為我的計算機體系結構課閱讀我的教科書，我發現了這個說法。

邏輯運算符“ && ”和“ || ”之間的第二個重要區別 ' 與它們的位級對應物 ' & ' 和 ' | ' 是如果表達式的結果可以通過評估第一個參數來確定，則邏輯運算符不評估它們的第二個參數。 因此，例如，表達式a && 5/a永遠不會導致被零除，表達式p && *p++永遠不會導致取消引用空指針。 (Computer Systems: A Programmer's Perspective by Bryant and O'Hallaron，第 3 版，第 57 頁)

我的問題是為什么 C 中的邏輯運算符的行為如此？ 使用作者的a && 5/a示例，C 是否不需要評估整個表達式，因為&&要求兩個謂詞都為真？ 不失一般性，我同樣的問題適用於他的第二個例子。

Answer 1

短路是一種性能增強，碰巧可用於其他目的。

您說“C 是否不需要計算整個表達式，因為&&要求兩個謂詞都為真？” 但想想吧。 如果&&的左側為假，那么右側的計算結果是否重要？ false && true或false && false ，結果都是一樣的：false。

因此，當確定&&的左側為假時，或確定||的左側時確定為true，右邊的值無所謂，可以跳過。 這消除了評估潛在昂貴的第二次測試的需要，從而使代碼更快。 想象一下，如果右側調用一個函數來掃描整個文件以獲得給定的字符串？ 如果第一個測試意味着您已經知道組合答案，您是否不希望跳過該測試？

C 決定超越保證短路到保證評估順序，因為這意味着像您提供的那樣的安全測試是可能的。 只要測試是冪等的，或者僅在不短路時才會出現副作用，則需要此功能。

Answer 2

一個典型的例子是空指針檢查：

if(ptr != NULL && ptr->value) {
    ....
}

如果沒有短路評估，這將在取消引用空指針時導致錯誤。

程序首先檢查左部分ptr != NULL 。 如果計算結果為false ，則不必計算第二部分，因為很明顯結果將為false 。

Answer 3

在表達式X && Y ，如果X的計算結果為false ，那么我們知道X && Y將始終為false ，無論Y的值是多少。 因此，無需評估Y 。

在您的示例中使用此技巧來避免除以0 。 如果a被評估為false （即a == 0 ），那么我們不評估5/a 。

它還可以節省大量時間。 例如，在評估f() && g() ，如果對g()的調用f() && g()並且f()返回false ，則不評估g()是一個很好的特性。

Answer 4

C 是否不需要計算整個表達式，因為 && 要求兩個謂詞都為真？

答案：不。為什么在“已經”知道答案的情況下還要工作？

根據邏輯 AND 運算符的定義，引用C11 ，第 6.5.14 章

&&運算符在其兩個操作數比較不等於 0時應產生1 ； 否則，結果為 0。

按照這個類比，對於a && b形式的表達式，如果a的計算結果為 FALSE，無論b的計算結果如何，結果都將為 FALSE。 無論如何，無需浪費機器周期檢查b然后返回 FALSE。

邏輯 OR 運算符也是如此，如果第一個參數的計算結果為 TRUE，則返回值條件已經找到，不需要計算第二個參數。

Answer 5

這只是規則，非常有用。 也許這就是規則的原因。 這意味着我們可以編寫更清晰的代碼。 另一種選擇 - 使用if語句會產生更冗長的代碼，因為您不能直接在表達式中使用if語句。

你已經舉了一個例子。 另一個類似於if (a && b / a)以防止整數除以零，其行為在 C 中未定義。這就是作者在編寫a && 5/a保護自己a && 5/a 。

偶爾如果你總是需要評估兩個參數（也許它們調用有副作用的函數），你總是可以使用&和| .