一道簡單的題目引發的思考

——Don't believe in magic !Understand what your program do ,how they do .

引言

昨晚一時興起，我腦子就問自己下面的代碼會輸出什麼，也不知道我腦子爲什麼有這個代碼模型，只是模糊的有些印象：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc,char** argv)
{
    int i=3,j;
    j=(i++)+(i++)+(++i);
    printf("i = %d, j = %d\n",i,j);
    exit(0);
}

您會怎樣考慮這個問題呢？您不運行這個程序能準確地說出答案嗎？我猜想肯定有大部分人不能肯定且準確地說出答案！如果您不能，這篇文章就是爲你準備的，保證您看完之後豁然開朗！請細看下文，outline如下：

1. 1、諸君的回答
   1. 1.1、A君的回答
   2. 1.2、B君的回答
   3. 1.3、C君的回答
   4. 1.4、D君的回答
2. 2、編譯器的輸出
   1. 2.1、Visual Studio的輸出
   2. 2.2、GCC的輸出
   3. 2.3、Visual C++ 2010的輸出
3. 3、分析
   1. 3.1、gcc編譯器上的分析
   2. 3.2、分析gcc編譯之後的彙編代碼
   3. 3.3、vs編譯器上的分析
   4. 3.4、分析VS編譯之後的彙編代碼
4. 4、擴散思維
   1. 4.1、思維放射
   2. 4.2、VS的輸出
   3. 4.3、GCC的輸出
5. 5、感慨

1、諸君的回答

我那這道題目問了幾個人，他們的答案不盡相同。

1.1、A君的回答

因爲i = 3，故依次i++=4，i++=5，++i=6，i最後輸出爲i = 6；但是由於前面兩個++是後置++，最後一個++是前置++，故j = 3+4+6 = 13。

1.2、B君的回答

因爲i = 3，故第一個i++後爲4，第二個i++後爲5，接着做i+i操作 = 5+5=10，最後與(++i)相加 = 10+6=16。

1.3、C君的回答

因爲i = 3，故依次i++=4，i++=5，++i=6，i最後輸出爲i = 6；但是第一i、第二個i的++是後置++，先進行i+i操作，然後進行兩次i++後置操作，故等價於(i)+(i) = 3+3=6，i++，i++，最後與++i=6相加等於12。

1.4、D君的回答

因爲i = 3，故依次i++=4，i++=5，++i=6，i最後輸出爲i = 6；但是前面兩個++都是後置++，故先做i+i+(++i)操作，然後纔在i++,i++操作，第三個++是前置++，故等價於 i+i+(++i)=3+3+4=10，i++，i++。

到底哪個人說得對呢？

2、編譯器的輸出

首先讓我們先來看看編譯器會輸出什麼?

2.1、Visual Studio的輸出

運行環境：Win7+VS2005 or VS2010，輸出如下圖所示：

2.2、GCC的輸出

運行環境：Ubuntu 10.04+gcc (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5) 4.4.3，運行結果如下：

2.3、Visual C++的輸出

運行環境：Win7+VC2010，輸出和VS一樣，及i = 6 & j = 12

看到這裏你肯定想問why? why?? why???

3、分析

重編譯器的輸出結果來看貌似C君、D君的分析都是對的，這種差異跟編譯器有直接的關係，因爲對於這個表達式怎麼編譯還沒有形成標準，編譯器的結合方向不同，答案因此會有所不同。而且當然還包括運算符的優先級等。其實頂多算C君答對了一部分，其他幾個人的回答都是錯的，詳情見下面的分析。

3.1、gcc編譯器上的分析

(i++)+(i++)+(++i) <=> i+i+(++i); i++; i++;即如果表達式中含有i++，一律替換成i，然後在表達式之後進行i++操作。

這樣的話上面的代碼就可以很好的理解了，即3+3+4=10。

3.2、分析gcc編譯之後的彙編代碼

可以對gcc編譯之後的執行文件進行反編譯分析驗證正確性。在Linux下面可以用objdump –d xxx(執行文件)命令反彙編執行文件。反編譯之後可以看到如下圖所示的代碼：

說明：Linux下采用的是AT＆T的彙編語法格式，Windows下面採用的是Intel彙編語法格式。二者的主要區別在於：

1. 1、指令操作數的賦值方向是不同的
      Intel：第一個是目的操作數，第二個是源操作數
      AT＆T：第一個是源操作數，第二個是目的操作數
2. 2、指令前綴
      AT＆T：寄存器前邊要加上％，立即數前要加上$
      Intel：沒有這方面的要求
3. 3、內存單元操作數
      Intel：基地址使用［］
      AT&T：  基地址使用（）
     比如：intel中  mov  ax,[bx]
                 AT&T中 movl (%eax),%ebx
4. 4、操作碼的後綴
        AT&T中操作碼後面有一個後綴字母:“l” 32位,“w” 16位,“b” 8位
        Intel卻使用了在操作數前面加dword ptr, word ptr, byte ptr的格式
      例如:mov al,bl (Intel)
                movb %bl %al (AT&T)
5. 5、AT＆T中跳轉指令標號後的後綴 表示跳轉方向，“f”表示向前，“b”表示向後

下面我們重點分析紅框中的代碼：

movl  $0x3 ,0x1c(%esp)：將3賦給i，即i=3
mov   0x1c(%esp) ,%eax：將esp中的i放到eax中
add     %eax ,%eax：進行i+i操作，即3+3
addl    $0x1 ,0x1c(%esp)：對i進行加1操作，即表達式中的(++i)
add     0x1c(%esp),%eax：將eax中i+i的結果6，加上++i之後的i，即6+4=10
addl    $0x1 ,0x1c(%esp)：對i進行加1操作，即表達式中的(i++)
addl    $0x1 ,0x1c(%esp)：對i進行加1操作，即表達式中的(i++)

至此關鍵代碼已經分析完成，由此可見我們之前對gcc編譯器上的分析是正確的。

3.3、vs編譯器上的分析

(i++)+(i++)+(++i) <=>(++i)+i+i; i++; i++;即如果表達式中含有前置++i，首先執行++i操作；表達式中的i++，一律換成i，然後執行加法操作；最後在進行i++操作。

這樣的話上面的代碼就可以很好的理解而來，即首先執行++i，i變爲4了；然後進行i+i+i=4+4+4；i++，i++。

其實對於VS/VC2010編譯器中的可以總結爲：當用於四則運算時，前置++/--的運算優先級最高，後置++/--的運算優先級最小，其它的居中。（跟你書上看到是不是不同！）

3.4、分析VS編譯之後的彙編代碼

用W32Dasm反彙編vs編譯生成的exe文件，追蹤代碼。我們可以看到如下圖所示的代碼：

下面重點分析一下框中代碼：

mov [ebp-08],3：將3賦給i，即i=3
mov eax,dword ptr [ebp-08]：將ebp中的i的值放到eax中，是"累加器"(accumulator), 它是很多加法乘法指令的缺省寄存器。dword ptr表示這是一個雙字指針，即所要尋址的數據是一個雙字（4字節）
add eax,1：對eax中的i進行加1操作
mov dword ptr [ebp-08] ,eax：將eax中的i賦給ebp中i，即將i加1之後的值賦給i，也即達到i=i+1的效果
mov ecx,dword ptr [ebp-08]：將ebp中的i放到ecx中
add ecx,dword ptr [ebp-08]：將ebp中的值加上i，即4+4
add ecx,dword ptr [ebp-08]：將ebp中的值加上i，即4+4+4
mov dword ptr [ebp-14],ecx：將ecx中的值賦給j
mov edx,dword ptr [ebp-08]：將i放到edx中
add edx,1：對edx中的i進行加1操作
mov dword ptr [ebp-08] ,edx：將edx中的i賦給ebp中i，即將i加1之後的值賦給i，也即達到i=i+1的效果
mov eax,dword ptr [ebp-08]：將i放到eax中
add eax,1：對eax中的i進行加1操作
mov dword ptr [ebp-08] ,eax：將eax中的i賦給ebp中i，即將i加1之後的值賦給i，也即達到i=i+1的效果

至此，上面表達式的關鍵運算部分已經分析完成。從這裏可以知道，上面我們地VS編譯器的分析是正確的。

4、發散思維

可以說通過上面那麼篇幅的介紹，我們對涉及前置++和後置++的加法運算表達式的計算過程有了一個清楚的認識，下面就我們發散一下我們的思維，釋放我們的能量。

4.1、思維放射

您看下面的代碼會輸出什麼，現在知道了吧！

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc,char** argv)
{
    int i=3,j=3,k=3,l=3,m=3,n=3,result1,result2,result3,result4,result5,result6;
    result1=(++i)+(++i);
    printf("i = 3\n");
    printf("result1= (++i)+(++i) = %d\n\n",result1);

    result2=(j++)+(j++);
    printf("j = 3\n");
    printf("result2= (j++)+(j++) = %d\n\n",result2);

    result3=(++k)+(++k)+(++k);
    printf("k = 3\n");
    printf("result3= (++k)+(++k)+(++k) = %d\n\n",result3);

    result4=(++l)+(++l)+(l++);
    printf("l = 3\n");
    printf("result4= (++l)+(++l)+(l++) = %d\n\n",result4);

    result5=(m++)+(m++)+(m++);
    printf("m = 3\n");
    printf("result5=(m++)+(m++)+(m++) = %d\n\n",result5);

    result6=(n++)+(++n)+(n++);
    printf("n = 3\n");
    printf("result6=(n++)+(++n)+(n++) = %d\n\n",result6);
    exit(0);
}

請不看結果先自己分析一下，然後和結果對比！

4.2、VS的輸出

運行環境：Win7+VS2005 or VS2010，輸出如下圖所示：

4.3、GCC的輸出

運行環境：Ubuntu 10.04+gcc (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5) 4.4.3，運行結果如下：

根據前面我們挖掘到的規則，我們可以得到result3之外所有其它答案。最後，還有一點要說明的是：gcc中的加法運算表達死中，是按照從左到右按順序，如果運算符兩邊有++i操作數，就先進行++i操作，然後進行加法運算；vs中的加法運算表達式中，則不一樣，只要表達式中有++i操作數，就要先計算，最後纔是進行加法運算。這也是爲什麼result3不同的原因！加法運算可以擴展到減法、乘法、除法運算和前置--、後置--。但是如果是四則混合運算還要考慮加、減、乘、除的優先級問題。

5、感慨

通過這麼多分析，我們可以算得上是對涉及++、--的運算表達式計算過程有了透徹理解！我在挖掘這個計算過程的路上，可是化了不少功夫也在剛開始分析彙編代碼時遇到了一些困難，但這顆求知的心，推動着我堅持要去弄清楚它！最後我想說：請不要寫這種語句！理由很簡單，它既不好理解又不好維護，最重要的是它的結果會因編譯器的不同而不同。