赋值、副作用与未定义行为

摘要

C++ 的表达式可以做两件不同的事：给出一个值，以及改变程序的状态。x + 1 只给出一个值；x = 7 给出一个值，此外还改变 x；x++ 给出 x 原来的值，并在 x 中留下另一个值。本课研究表达式的值与作用之间的这一区别：作为表达式的赋值、复合赋值、前缀与后缀形式的自增和自减，以及表达式各部分的求值顺序，而标准对这一顺序只作了部分规定。由此引出贯穿本课其余部分的问题：标准对一个程序承诺了什么。答案是一个分为四个等级的目录，从良定义行为到未定义行为，它汇集了到目前为止见过的所有情形，并对每一种说明由谁来发现它（编译器、检测器、库），以及哪些情形谁也发现不了。

学习目标

在赋值、自增和函数调用中，区分表达式的值与它的副作用。
预测 x++ 和 ++x 作为值使用时的结果，并手工执行一个含有复合赋值的程序。
识别那些在标准未规定顺序的情况下两次修改同一变量、或者既读取又修改同一变量的表达式，并把它们改写成独立的语句。
把一个构造归类为良定义、实现定义、未指明或未定义，每一类各举一例。
对目录中的每一种未定义行为，说出编译器是否对它发出警告，检测器或库是否让它停下，还是谁也发现不了。

值与作用

算术运算一课把表达式看作一棵归约为一个值的树：2 + 3 * 4 的值是 14，计算它不会改变表达式本身以外的任何东西。关系与逻辑一课对条件做了同样的事，条件的值是 true 或 false。然而，有些表达式除了给出一个值之外，还会在程序的状态上留下痕迹：改变一个变量的值、往屏幕上写东西，或者从输入读取。这种痕迹称为副作用，或者简称作用；“副”字并不表示它不那么重要：在 x = 7 中，作用，即让 x 变为 7，恰恰就是我们想要的。

若是如此，每个表达式都应当带着两个问题来读：它给出什么，它做什么。三个例子可以把这一区别固定下来。count + 1 给出 count 的后继，什么也不做：count 保持原值。count = 9 给出 9，并让 count 变为 9。std::println("你好") 也是一个表达式，即一次函数调用，它重要的是作用：写出一行。自己编写的函数将在函数一课中学习，届时这一区别会再次出现：只计算结果的函数，比还会改变自身以外某些东西的函数更容易理解，也更容易测试。

像 count + 1; 这样的语句是合法的 C++：值被计算出来然后丢弃，因此毫无用处，GCC 会用 -Wunused-value 对此发出警告。表达式语句的意义在于它的作用。由此可知，带作用的表达式是推动程序前进的表达式，也是需要小心对待的表达式，因为作用发生在某个时刻，而这个时刻并不总是读者所设想的那一个。