Int a = 5; a = a++ + ++a; a =? (2011)

# int a = 5; a = a++ + ++a; a = ? 来源: https://gynvael.coldwind.pl/?id=372 我从 furio 收到了这个标题谜题，觉得它很有趣，于是在接下来的几天里把它传给了每一个可能对 C/C++ 问题感兴趣的人。有趣的地方在于未定义行为（UB），嗯……实际上是两个 UB，因此有三个可能的正确答案：11、12 和 13。我们先从理论角度分析可能的答案，然后再看实验结果（最初由 nism0 收集，后来由波兰镜像站（https://gynvael.coldwind.pl/?id=369）的读者扩展）。 好的……那么，哪些地方是 UB/未知/编译器相关的呢？ **第一个 UB** 首先，我们不知道哪个 **a** 会先被读取（我说的*读取*是指将值从内存拷贝到某个内部寄存器）。这里有两种可能： 可能性 1. 先读取第一个 **a**，然后执行前置递增，再读取第二个 **a**（暂时忽略后置递增的问题）： ``` a = a + ++a; 步骤 1. 读取第一个 a。a = 5 + ++a; (a == 5) 步骤 2. 前置递增 a。a = 5 + a; (a == 6) 步骤 3. 读取第二个 a。a = 5 + 6; (a == 6) 步骤 4. 计算加法。a = 11; ``` 可能性 2. 先执行前置递增并将结果存入内存，然后再读取 **a**。 ``` a = a + ++a; 步骤 1. 前置递增 a。a = a + a; (a == 6) 步骤 2 和 3. 同时读取两个 a。a = 6 + 6; (a == 6) 步骤 4. 计算加法。a = 12; ``` 因此，即使忽略后置递增，我们也能得到两种不同的可能性（11 和 12）。 **第二个 UB** 第二个 UB 与后置递增以及看似简单的那行代码 **a = a++** 有关。实际上，这里也有两种可能性（我用 **int a = 5; a = a++;** 作为例子来说明）。 术语说明： **a_mem** - 仍在内存中的 **a**（例如栈上的局部变量） **a_copy** - 之前读取的 **a** 的一个副本，保存在某个内部寄存器中 可能性 1. 后置递增丢失（MIA）： ``` 初始状态: (a_mem == 5, a_copy == n/a) 步骤 1. 读取 a。a = 5++; (a_mem == 5, a_copy == 5) 步骤 2. 对变量（内存中）执行后置递增。a = 5; (a_mem == 6, a_copy == 5) 步骤 3. 执行"赋值"——将 a_copy 移回 a_mem。(a_mem == 5, a_copy == n/a) ``` 在上面的情况中，后置递增的结果丢失了——它被写入了内存，但很快又被另一个（未递增的）值覆盖了。（实际上我一直认为后置递增总是在所有操作完成后才执行，所以我个人会把这种行为视为编译器 bug。） 可能性 2. 后置递增推迟到最后执行： ``` 初始状态: (a_mem == 5, a_copy == n/a) 步骤 1. 读取 a。a = 5++; (a_mem == 5, a_copy == 5) 步骤 2. 执行"赋值"——将 a_copy 移回 a_mem。(a_mem == 5, a_copy == n/a) 步骤 3. 对变量（内存中）执行后置递增。a++ (a_mem == 6, a_copy == n/a) ``` 因此，后置递增在计算的最末尾执行，并且不会被覆盖。 **UB 总结** 将前面描述的两个 UB 应用于 **a = a++ + ++a** 表达式，得到： 可能性 1 和 1: 5+6，后置递增丢失，**结果为: 11** 可能性 2 和 1: 6+6，后置递增丢失，**结果为: 12** 可能性 1 和 2: 5+6，后置递增推迟，**结果为: 12** 可能性 2 和 2: 6+6，后置递增推迟，**结果为: 13** **实验结果** 以下是实验结果（感谢 nism0 进行初始测试和制作初始表格，感谢 nonek 和 qyon 发现一些笔误）： | 编译器/语言版本 | 结果1 | 结果2 | 结果3 | 结果4 | 结果5 | 结果6 | |---|---|---|---|---|---|---| | `代码1` `int a = 5; a = a++ + a++;` | | | | | | | | `代码2` `int a = 5; a = a++ + ++a` | | | | | | | | `代码3` `int a = 5; a = ++a + a++;` | | | | | | | | `代码4` `int a = 5; a = ++a + ++a;` | | | | | | | | `代码5` `int a = 5; a = a++;` | | | | | | | | `代码6` `int a = 5; a = a + ++a;` | | | | | | | | gcc 2.95 | 12 | 13 | 14 | 13 | 6 | 12 | | gcc 4.1 | 12 | 13 | 14 | 13 | 6 | 12 | | gcc 4.2 | 12 | 13 | 14 | 13 | 6 | 12 | | gcc 4.2.1 Apple | 12 | 13 | 14 | 13 | 6 | 12 | | gcc 4.3 | 12 | 13 | 14 | 13 | 6 | 12 | | gcc 4.3.3 | 12 | 13 | 13 | 14 | 6 | 12 | | gcc 4.4.4 | 12 | 13 | 13 | 14 | 6 | 12 | | gcc 4.6.0 (exp.) | 12 | 13 | 14 | 13 | 6 | 12 | | gcc 4.5.1 MinGW64 | 12 | 13 | 13 | 14 | 6 | 12 | | tcc 0.9.25 | ? | ? | ? | ? | 5 | 12 | | bcc 0.16.17 | ? | ? | ? | ? | 5 | 12 | | Microsoft C/C++ 16.00.30319.01 (80x86) | 12 | 13 | 13 | 14 | 6 | 12 | | Embarcadero C++ 6.31 for Win32 | 12 | 13 | 13 | 14 | 6 | 12 | | Intel C++ 12.0.1.127 | 12 | 13 | 13 | 13 | 6 | 12 | | Keil C 9.02 | 11 | 12 | 12 | 13 | 6 | 12 | | SDCC 3.0.1 #6092 | 11 | 12 | 13 | 14 | 5 | 12 | | clang 2.8 | 11 | 12 | 12 | 13 | 5 | 11 | | clang 1.6 Apple | 11 | 12 | 12 | 13 | 5 | 11 | | PHP 5.2.10 | 11 | 12 | 12 | 13 | 5 | 12 | | Java 1.6.0_06 | 11 | 12 | 12 | 13 | 5 | 11 | | javac 1.4.2_12 | 11 | 12 | 12 | 13 | 5 | 11 | | Java 1.6.0_21 | 11 | 12 | 12 | 13 | 5 | 11 | | javac 1.6.0_22 | 11 | 12 | 12 | 13 | 5 | 11 | | C# 2.0 | 11 | 12 | 12 | 13 | 5 | 11 | | C# 4.0 | 11 | 12 | 12 | 13 | 5 | 11 | | C# Mono 2.6.4 | 11 | 12 | 12 | 13 | 5 | 11 | | Borland Turbo C++ for DOS 2.0 | 12 | 13 | 13 | 14 | 6 | 12 | | HiSoft C for ZX Spectrum 1.3 | 11 | 12 | 12 | 13 | 5 | 12 | 感谢以下用户提供的额外结果： - Icewall (http://icewall.pl/) - Krzysztof Kotowicz (http://blog.kotowicz.net/) (PHP 5.2.10) - mlen (2x clang, 2x gcc) - none'a (2x Java) - Keraj (http://keraj.net/) (2x Java) - MDobak (SDCC & Keil C) - garbaty lamer (3x C#, Turbo C++, HiSoft C) - Xgrzyb90 (gcc 4.4.4) - no_name (gcc 4.3.3) - dikamilo (mingw64 4.5.1) Garbaty lamer 还在波兰镜像站的评论中发布了一张来自 **HiSoft C for ZX Spectrum** 的超酷截图（点击放大）： HiSoft C for ZX Spectrum, 截图由 garbaty lamer 提供 (https://gynvael.coldwind.pl/img/hisoftgynvael_garbaty_lamer.png) 如果你也想测试你的编译器（非常欢迎在评论中反馈结果，尤其是来自奇怪/不常见的编译器和支持前置/后置递增的其他语言；>），你可以使用文章末尾的代码（见附录3）。 就是这样了；> **附录1：** 在波兰镜像站（https://gynvael.coldwind.pl/?id=369）的评论中，Rolek 建议对重载运算符应用同样的测试（代码见波兰侧评论）。结果如下（Rolek 使用 MSVC++，我使用 g++）： | 编译器/语言版本 | 结果1 | 结果2 | 结果3 | 结果4 | 结果5 | 结果6 | |---|---|---|---|---|---|---| | `代码1` `int a = 5; a = a++ + a++;` | | | | | | | | `代码2` `int a = 5; a = a++ + ++a` | | | | | | | | `代码3` `int a = 5; a = ++a + a++;` | | | | | | | | `代码4` `int a = 5; a = ++a + ++a;` | | | | | | | | `代码5` `int a = 5; a = a++;` | | | | | | | | `代码6` `int a = 5; a = a + ++a;` | | | | | | | | Microsoft C/C++ (无重载) 16.00.30319.01 | **12** | **13** | **13** | **14** | **6** | **12** | | Microsoft C/C++ (有重载) 16.00.30319.01 | **11** | **13** | **12** | **14** | **5** | **12** | | g++ (无重载) 4.5.0 MinGW | **12** | **13** | **13** | **14** | **6** | **12** | | g++ (有重载) 4.5.0 MinGW | **11** | **13** | **12** | **14** | **5** | **12** | 此外，krlm 提供了一个关于序列点（sequence points）的好文章链接：http://en.wikipedia.org/wiki/Sequence_point **顺便说一句……** 如果你想提升二进制文件和协议方面的技能，可以看看我将在 4 月至 6 月期间举办的 workshop → Mastering Binary Files and Protocols: The Complete Journey (https://hackarcana.com/workshop-session/2025-Q1-Q1-mastering-binary/buy?utm=gyn-blog-inad) **附录2：** Garbaty lamer（再次，在波兰镜像站 https://gynvael.coldwind.pl/?id=369 的评论中）提到，在 C# 中这个谜题其实不是谜题——它是定义良好的行为，参见 C# 规范 §7.3：*表达式中的操作数从左到右求值。例如，在 F(i) + G(i++) * H(i) 中，方法 F 使用 i 的旧值调用，然后方法 G 使用 i 的旧值调用，最后方法 H 使用 i 的新值调用。这与运算符优先级是分开且无关的。* **附录3：测试代码** ```c #include <stdio.h> int main(void){ int a = 5, b = 5, c = 5, d = 5, e = 5, f = 5; // test 1 a = a++ + a++; printf("%i \n",a); // test 2 b = b++ + ++b; printf("%i \n",b); // test 3 c = ++c + c++; printf("%i \n",c); // test 4 d = ++d + ++d; printf("%i \n",d); // test 5 e = e++; printf("%i \n",e); // test 6 f = f + ++f; printf("%i \n",f); // done return 0; } ``` **附录4：来自 Cem Paya 的评论** --开始-- 与 C# 类似，这在 Java 中也不是谜题，因为 Java 规定求值是严格从左到右的。请参见 §15.7，那里有一些类似于你这种情况的副作用示例：http://java.sun.com/docs/books/jls/second_edition/html/expressions.doc.html 在 C++ 中这是未定义的，结果还可能取决于编译时使用的优化级别，这可以改变一个值被引用的次数。例如，编译器可能认为“a”在求值期间不会改变其值，并将其他出现的地方优化为同一个已读取的值。 ==结束==