C++中的逻辑与+赋值运算符是否安全？

Question

我刚学会了一个很棒的模式（实际上是从JavaScript学到的），我想将它应用到我的C++代码中。

为了解释这个模式，假设我将一个字符串表示为这些元素的链表：

struct link_char;
struct link_char
{
   link_char * next;
   char code;
};

请注意，任何link_char字符串的最后一个字符都将具有code==0。

这个属性意味着我可以在字符串中检查值，同时使用&&短路来防止空指针访问。

bool equals_hello( const link_char * first_char )
{
    const link_char * c = first_char;

    return       c->code=='h' 
    && (c=c->next)->code=='e' 
    && (c=c->next)->code=='l' 
    && (c=c->next)->code=='l' // if string == "hel", we short-circuit here
    && (c=c->next)->code=='o';
}

我的问题涉及安全性，而非可读性。 我知道当且仅当 && 没有被重载时，短路运算将起作用。但是，赋值操作是否会按正确顺序执行或者这是实现定义的呢？

上述示例明确说明了可以发生读取/写入的位置，但我也想在可能存在副作用的情况下使用此模式。例如：

// think of these as a bunch of HRESULT type functions 
//   a return value of 0 means SUCCESS
//   a return value of non-zero yields an Error Message
int err;
( !(err=initialize()) && !(err=create_window()) && !(err=run_app() )
    || handle_error(err);

这些操作跨平台是否按预期工作？我已经读过“如果你在一个表达式中两次读取一个变量，同时你也写了它，结果是未定义的”。但直观地感觉短路保证了顺序，难道不是吗？

- cmeub

---

我认为没问题是因为 && 是一个序列点，但我可能错了。 - GWW

关于您对可读性的评论；除非我想要在每个实例中都加上指向这个问题的链接，否则我不会提交这样的代码 :) - Merlyn Morgan-Graham

你的第一个示例在对 code 进行解引用之前不会检查是否为 NULL。 - Merlyn Morgan-Graham

在我看来，我不建议这种编码风格。所以我不关心它是否能够工作。 - Donotalo

链接条件和捕获错误代码并不是不合理的，但更容易阅读的方式是 if ((err = initialize()) || (err = create_window()) || (err == run_app())) handle_error(err);。 - Tony Delroy

Answer 1

是的。 内置逻辑 AND（&&）、逻辑 OR（||）和逗号运算符（,）是 C++ 仅有的几种保证求值顺序的二元运算符。C++ 保证左表达式会被计算，然后（如果没有短路）再计算右表达式。（当然，逗号运算符总是计算两个操作数，首先是左操作数，然后是右操作数。）

还要注意的是，函数参数之间的逗号不是逗号运算符，因此函数参数的求值顺序未指定。更糟糕的是，在 f(g(h()),i()) 中，调用顺序可能是 h、i、g、f。

此外，求值顺序的保证仅适用于内置运算符；如果您重新定义它们，则它们基本上变成函数调用，在这种情况下，无法保证参数的求值顺序，也不执行短路。

其他二元运算符不保证求值顺序。例如，人们常犯的一个错误是认为在以下表达式中：

std::cout << foo() << bar();

调用foo()的操作保证发生在调用bar()之前...这是不正确的。

(C++17修复了这个问题，但只在一些非常特殊的情况下才能实现，包括左移运算符，因为它被用于流)

当然，三目运算符:?的求值顺序也是有保证的，先求解条件表达式，再选择其中一个分支求值。

另一个求值顺序有保证的地方（对于新手来说有时会感到惊奇）是构造函数的成员初始化列表，但在这种情况下，顺序并不是表达式中的顺序，而是类声明中成员的顺序...例如：

struct Foo
{
   int x, y;
   Foo() : y(compute_y()), x(compute_x()) {}
};

在这种情况下，保证在成员声明中 x 出现在 y 之前，所以调用 compute_x() 的时间点一定早于调用 compute_y()。

- 6502

---

对于流操作符的观点加1分。确实很反直觉。 - cmeub

我认为在运算符重载的情况下并不保证（我的意思是在重载运算符&&等情况下）。这就是为什么建议不要重载这些运算符。千万别这样做。 - Tobias Langner

@Tobias：这已经在问题中说明了，但我仍然添加了澄清。谢谢。 - 6502

我只是想为阅读您精彩文章的读者添加这个建议。 - Tobias Langner

Answer 2

这些操作是否可以跨平台正常工作？我读到过“如果在表达式中两次读取变量并且在其中也写入它，则结果是未定义的”。但是直觉告诉我短路保证了顺序，不是吗？

内置的&&运算符具有保证的短路求值，这意味着它引入了一个序列点：C++98 §5.14/2“第一个表达式的所有副作用（除了临时对象的销毁(12.2)）在第二个表达式被评估之前发生”。

所以对于C++来说没有问题。

尽管如此，我认为您建议的用法非常不好，因为它很难理解。不要使用您需要询问的语言功能，因为其他人可能同样不清楚它们。另外，在代码中加注释时，请注意Windows HRESULT在位31为1时表示失败，这与零/非零非常不同。

祝好！

- Cheers and hth. - Alf