C++实践：运算符优先级“错误”

一时失言乱红尘 2022-02-26 13:42 106阅读 0赞

运算符是基本的语言元素，虽然接触编程语言的年岁不短了，但有时面对着一些表达式，仍不能立马确认运算顺序。我相信很多人也有我这方面的疑惑，今天就把一些“设计错误”的运算符拉出来溜溜。

## `& 和 |` ##

看下面的代码片段，变量`a`的值是多少呢？

int a = 1 | 0 == 1 & 0;

对于表达式`1 | 0 == 1 & 0`，包含三个运算符，已知`&`优先级高于`|`，并且这些位操作符要么高于`==`，要么低于`==`，分两种情况讨论：

1.  位操作符优先级高于`==`  
    等价于`(1 | 0) == (1 & 0)`，计算的结果为`0`。
2.  `==`优先级高于位操作符  
    等价于`1 | ((0 == 1) & 0))`，计算的结果为`1`。

将上面的代码运行打印会得到`a`的值为1。这说明`==`优先级高于位操作符。这或许是我最迷惑的运算符规则了，在我看来位操作符本质上是算术运算符，都是产生一个数，应该跟算术运算符的规则大体一致。故而，我认为第一种更合理。

是不是设计的错误呢，终于在《C专家编程》这本书里找到了答案，即下节。

## 'And' and 'AND' or 'Or' or 'OR' ##

来自C语言的创造者 **Dennis Ritchie** 的解释:

> `&&`、 `||` 操作符与 `==` 操作符的优先级关系问题是这样产生的。在 C 的早期， `&` 和 `&&` 合用同一个操作符， `|` 和 `||` 也是如此(明白吗?)。 它继承了 B 和 BCPL 中的概念“真值上下文”。就是在 `if` 和 `while` 等后面需要一个布尔值的时候， `&` 和 `丨`就被翻译成现在的 `&&` 和 `||`。如果它们在一般的表达式里，就被解释成位操作符，也就是现在的样子。这个机制操作起来没有问题，但理解起来很困难(在真值上下文里，存在“顶层运算符”的概念)。
> 
> `&` 和 `|` 的优先级跟现在一样。最初，在 Alan Snyder 的催促下，我在C语言中加入了 `&&` 和 `||`操作符。这就成功地把位运算的概念和布尔运算的概念分了开来。然而，我心怀不安，因为我意识到了优先级的问题。例如，在现存的大量程序中，存在诸如这样的表达式: `if(a == b & c == d)`。
> 
> 事后回想，如果我们一开始就改变优先级，让`&`的优先级高于`==`，在逻辑上可能更清晰一些。但是，从安全的角度出度，只能做到把 `&` 和 `&&` 分开这个程度，无法在两者的优先级之间再插入其他的操作符(否則的话，现有的大量代码都有可能出问題)。

从上面的描述可以看出，最终设计的结果在于代码兼容性上的考量。`Java` 和 `C#` 的操作符优先级跟`C/C++` 大同小异，这可以认为是另一个层次的兼容：程序员的编码习惯。

## C++其他不合理的操作符 ##

在《C专家编程》这本书里还列出了其他错误的操作符，这里一并列出：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>优先级问题</th> 
   <th>表达式</th> 
   <th>人们可能误以为的结果</th> 
   <th>实际结果</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>.的优先级高于*。-&gt;优先级用于消除这个问题</td> 
   <td>*p.f</td> 
   <td>p所指对象的字段f。 (*p).f</td> 
   <td>对p取f偏移，作为指针，然后进行间接引用操作。*(p.f)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>[]高于*</td> 
   <td>int *ap[]</td> 
   <td>ap是个指向int数组的指针。int(*ap)[]</td> 
   <td>ap是个元素为int指针的数组。int *(ap[])</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>函数()高于*</td> 
   <td>int *fp()</td> 
   <td>fp是个函数指针，所指函数返回int。int (*fp)()</td> 
   <td>fp是个函数，返回int<em>。int</em>(fp())</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>==和!=高于位操作符</td> 
   <td>(val &amp; mask != 0)</td> 
   <td>(val &amp; mask)!= 0</td> 
   <td>val &amp; (mask != 0)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>==和!=高于赋值符</td> 
   <td>c=getchar()!=EOF</td> 
   <td>(c=getchar())!=EOF</td> 
   <td>c=(getchar()!=EOF)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>算术运算符高于移位运算符</td> 
   <td>msb &lt;&lt; 4 + lsb</td> 
   <td>(msb &lt;&lt; 4) + lsb</td> 
   <td>msb &lt;&lt; (4 + lsb)</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>逗号运算符在所有运算符中优先级最低</td> 
   <td>i=1，2</td> 
   <td>i=(1,2)</td> 
   <td>(i=1),2</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

这些不合理的操作符毕竟占了少数，遇到它们完全可以使用括号保证可靠性，同时不会影响代码的可读性。

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