对C语言中“无定义”代码的剖析u8国际-u8国际官方网站-网址最新

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　　第6卷第4期2006年12月温州职业技术学院学报JournalofWenzhouVocational＆TechnicalColJelse、b1．6NO．4Dec．20o6对C语言中“无定义”代码的剖析夏跃伟，孙爱民(漯河职业技术学院计算机系，河南漯河462002)[摘要]在c语言中，具有“副作用”的“无定义”代码会带来难以预料的后果，是编程人员必须避免的。但在许多c语言教材中，却存在把“无定义”代码当作正确例题讲解的问题，容易使学习者陷入c语言学习的“陷阱”。本文从实例入手，分析c语言中“无定义”代码存在的问题，并就如何避免该问题提出解决方法。【关键词】c语言；“无定叉”代码；序列点；副作用【中图分类号】TP3ii．i【文献标识码】A[文章编号】I67卜4326(2006)04—0039～03AnAnalysisof¨Undefined¨CodeinProgrammingLanguageCⅪAYuewei．SUNAinfinlComputerScienceDepartment,LuoheVocationalandTechnicalCollege．Luohe．462oo2．China)Abstract：InProgrammingLanguageC．the’’Undefined”Codewith”sideefects”willbringsomeunpredict—ableresults，andprogrammersmustavoidthem．ButinsometextbooksofProgrammingLanguageC，the”Unde—fined”Codeisdemonstratedasacorrectexample，whichwillmisleadstudentsofProgrammingLanguageC．Basedonexamples，thispapermakesananalysison”Undefined”Code，andgivessomesolutionstotheproblem．Keywords：ProgrammingLanguageC：”Undefined”Code；SequencePoint；Sideeffects0引言C语占是目前最优秀的程序设计语言之一，包含丰富的运算符和数据类型，具有操作灵活、运行效率高、可移植性强等特点，被广泛应用于系统软件和应用软件的开发。在高校的计算机专业与相关专业中，c语占已成为r程序设计的核心课程但笔者发现，在许多C沿占教材中却仃征把“无定义”代码当作确例题讲解的问题。这一现象容易使学习者陷入C语言学习的“陷阱”，对学生能否正确理解C语言知识点、培养良好的编程风格都有着直接关系。本文从实例人手，分析C语占中“无定义”代码存在的问题，井就。如何避免该问题提出解决方法。1C语言中“无定义”代码问题的提出‘【例1】求n的值。；fI}include”stdi0．h”intmain(){intn，m=3：n=(++m)+(++m)+(++m)：printf(”n=％d＼n”，n)；returnO：}上例中，类似“n=(十十m)十(十十m)+(十十m)；”的语句是一些教材中经常出现的，那么n的值足多少?TUrbOC和C++Builder中n=l8，但枉Vc的Debug模式和IGNU的GCC模式下却是n=16，更奇怪的是，在VC的Debug模式下n=l6，但在Release模式下又成rn=l8，到底是怎么回事?不同的编译器会出现不Il—J的结果，町相同的编译器对同一段程序怎么也会有两种结粜?为寻找原因，分别在VC的Debug模式和C++Builder对以上程序进行了反汇编。在VCDebug模式下的汇编代码，如图l所示；杠C十+bui1der下的汇编代码，如l垒I2所示。其解释分析如下：[收稿日期]2006一IO-08[作者简介]夏跃伟(1972-)．．河南临颍人，ijI}河职业技术学院计算机茉讲师；孙爱民(1974一)，男。河南许昌人，漯河职蛾技术学院计算机系讲师，硕士维普资讯州职业技术学院学报2006年l2月豳2C++Bu11der下的汇编代码我们从圈l、图2可以看出，VCDebug模式下生成的指令悬严格按照表达式生成的，而c++Bui1der则对指令进行了优化，导致同样的程序经过不同的编译器编译后，形成了有“差异”的结果。为什么会发生这种“差异”呢?那么标准答案是什么呢?这样的情况该怎样处理呢?2闻题的分析殛解决C语言是一种基于表达式的语言，即C语言语句中最基本的构成原子是表达式。一个表达式的执行会造成两种结果：计算的结果；对环境的修改(也就是对变量值的修改)。如果一个表达式造成了第二种结果，我们就说这个表达式具有“副作用”，当不确定的“副作用体现出来时，就会造成“差异”。为避免“副作用”造成的“差异”，我们要了解“序列点”(sequencepoints)的概念。C99对它的定义是Atcerrainspecifiedpointsintheexecutionsequeneecalledsequencepoints”，通俗地说，就是指程序运行中的一个特殊时19点，在这个点之前的所有‘‘副作用会结束，并且后续的“副作用”还没发生。在c语言中，任何完整表达式运算结束的那个0040102F到00401035完成了一个 ++m的运算， 此 时的 m=4： 00401038 到 0040103E完成了一个 ++m的运算，此 时的 m=5； 00401041到 00401044 将 edx=m+m即 edx=lO，丽 m 的值未改变： 。 00401047 到 0040l 04A将 eax=m+l 即 eax=6，而 m 的值没有 改变 ： 0040104D到 00401050 将 edx=edx+eax，即edx=16，m 的值未改变； 0040l 053 将 edx 的值赋给了n， 最 终 ，n=l 6 。 0040l l75 到 00401 l7B是完全一样的指令，都悬使 ‘ m=m+l ，共加了 3 次，即 m=6； ．。 00401 17E到 00401 184是把 eax= ，即eax=l 8； 0040l l 87 是把 eax 赋值给了 n， 最终，n l8。 时间点是序列点、语句的结束标志——分号 “；”也蹙 序列点，因此，C 语句中由赋值、自增或 自减等操作 。 引起 的 “副作用”在分 号之前必 须结束。 C 9 9 规定，如果一个单独的对象在相邻的序列点 - 之间被修改了两次或两次以上的话，那么结果是_束定 。 义的。I例 l 】中，“i nt n，m=3 ；”中的 “；”是一个序列 点，“n= (++m)+ (++m) + (++m) ；”是个完整表达式，这个 表达式运 算 结束 的那 一点也 是一个 序 列点， 也就 是 、 说，“(++m)+ (++m)+(++m) ”位于两个序列点之间。【例 l 】中，m的值在两个序列点之间被修改了三次，按髑 c 标准的规定，这 然是错误的! 【例 l 】中的代码I曩；际 上 是一段 “无 定义 ”的代码 ，这会 引起 “多个不确定 的副作用”( “多个不确定副作用”是指在同一个表达式 中使 用导致 同一对 象修改两次或修 改以后又被 引用的 自增 、自减和赋值操作符的任何组合) 。 此外 ，基 于表达 式的语 言还有 一个很 大的问麒就 是表达式的计算顺序，在 C 9 9 标准中既没有规定大部 分的一元、二元 ( 除了 “，”“＆＆ “l l”) 的运算符的 结合顺序，也没有规 定函数调用 的计算顺序，决定运 算顺序 的唯一依据就是优先级 。当进行操作符的计算 维普资讯 第 6 卷第 4 期 夏跃伟 ，孙 爱民：埘 c 晤富中 “无定义 ”代码 的剖析 4 l 时，如果遇到序列点，则序 列点处的值必须被优先计 算，以保证一些特殊用途，然后才恢复正常的计算。但 在编 译器中，语句在执行 时计算顺序并不确定 ，由于 许多编译器添加 了优化措施 ，因而在编译器进入到优 化阶段时会 改变表达式的顺 序， 以求生成最 高效率的 代码。所 以， 坤p编译器 呵能是这样编译， 而另一种 编译器可能 又是那样编译 ，甚至有时一个编译 器可能 在不同模式 下使用不 同的顺 序，最终就会得 出不 同的 结果 。 正是基f 以上两方面的原因，【例 l 】中，m的值是 在没 有时间序列点保 鹾的情 况下被更新 的，值的正确 性无法保 证，而这段代码本 来就 是 “无定义” 的 ( 连 续对 m改变和取值，而中间又没有 “序列点”)，所 以， 无论编译器怎样处理都是正确的。因此，【例 l 】中的正 确结 果是—— 不知道， 因为这 样的代码本身就 足错误 的，是不 该写 出来的 。 以下再例举一个 例子进 行分析。 【例2】#i nclude

　　main( ) { i nt i = l 0 ： i = i一一 一一一i· ( i = 一 3 ) · i++ + ++i ； print f ( ”i = ％d＼n”，i ) ： ) 结 果 一 l 2 8 - 8 6 - 8 5 - 6 3 4 2 l 3 6 4 2 编译器 Tandy 60 0 0 Xeni x 3 ．2 l BM Power PC AI X 3 ．2 ．5 Sun Sparc acc ( K&C编译器 ) GCC，HP UX 9 ．0 。 Powe rC．2 ．0 Mi c r osof t C++ 7 ．0 Turbo c／c抖 3．0，Turbo c／c* 4．5 Dec VAX／VMS Mi Cr osof t 5 ．1 从上例中可以看出，经过不同的编译器编译，i 的 值也 是不同的。尽 管每种 编译器 都会产生确定的值 ， 但到底哪个 是正确 的，却没 有标 准答案。这利·令人意 想不到的结果，是 由于表达式本身 的缺 陷引起的 ，因 为它 包含 了许 多具 有 “副作用 ”的操作符，它的求值 顺序存在歧义 。当然，这些结果 中，也 叮能有我 们期 望的结果，但这并不能说明程序是． I 确的。事实 ，如 果类似这样 的无定 义代码应用到实 际工作 中，或许 会 造成更严重 的后果 ，甚 让程序崩 溃。因此，程序 员 应 该绝对避免 “无 定义” 代码 的出现。 经过 以上分析 ，我 们知道 r 有 关序列点和求值 顺 序问题。C 语古中，序列点通常出现枉以 几个 断： 函数调用的参数计算之后；“＆＆、l l 、? 、：”等运算符的 第 一个运 算之 后 ；变 量初 始 化之 后 和完 整表达 式之