你的问题可能不是“为什么这些构念在C语言中是未定义的行为?”你的问题可能是，“为什么这段代码(使用++)没有给我预期的值?”，有人将你的问题标记为重复，并将你发送到这里。

这个答案试图回答这个问题:为什么您的代码没有给您预期的答案，以及您如何学会识别(和避免)不能按预期工作的表达式。

我假设您已经听说了C的c++和——操作符的基本定义，以及前缀形式++x与后缀形式x++的区别。但是这些运算符很难理解，所以为了确保你理解了，也许你写了一个很小的测试程序，涉及到

int x = 5;
printf("%d %d %d\n", x, ++x, x++);

但是，让你惊讶的是，这个程序并没有帮助你理解——它输出了一些奇怪的、无法解释的输出，这表明++可能做了一些完全不同的事情，完全不是你想的那样。

或者，也许你正在看到一个难以理解的表达，比如

int x = 5;
x = x++ + ++x;
printf("%d\n", x);

也许有人把代码作为谜题给你。这段代码也没有意义，特别是在运行它的时候——如果在两个不同的编译器下编译和运行它，可能会得到两个不同的答案!这是怎么回事?哪个答案是正确的?(答案是两者都是，或者都不是。)

正如您现在所听到的，这些表达式是未定义的，这意味着C语言不能保证它们将做什么。这是一个奇怪而令人不安的结果，因为您可能认为您可以编写的任何程序，只要它编译并运行，就会生成一个唯一的、定义良好的输出。但在未定义行为的情况下，就不是这样了。

什么使表达式没有定义?包含++和——的表达式总是未定义的吗?当然不是:这些都是有用的运算符，如果使用得当，它们的定义是完美的。

对于我们正在讨论的表达式，当同时发生太多事情时，当我们无法说出事情发生的顺序，但当顺序对我们得到的结果很重要时，它们就没有定义了。

让我们回到我在这个回答中使用的两个例子。当我写的时候

printf("%d %d %d\n", x, ++x, x++);

the question is, before actually calling printf, does the compiler compute the value of x first, or x++, or maybe ++x? But it turns out we don't know. There's no rule in C which says that the arguments to a function get evaluated left-to-right, or right-to-left, or in some other order. So we can't say whether the compiler will do x first, then ++x, then x++, or x++ then ++x then x, or some other order. But the order clearly matters, because depending on which order the compiler uses, we'll clearly get a different series of numbers printed out.

那么这个疯狂的表达呢?

x = x++ + ++x;

The problem with this expression is that it contains three different attempts to modify the value of x: (1) the x++ part tries to take x's value, add 1, store the new value in x, and return the old value; (2) the ++x part tries to take x's value, add 1, store the new value in x, and return the new value; and (3) the x = part tries to assign the sum of the other two back to x. Which of those three attempted assignments will "win"? Which of the three values will actually determine the final value of x? Again, and perhaps surprisingly, there's no rule in C to tell us.

You might imagine that precedence or associativity or left-to-right evaluation tells you what order things happen in, but they do not. You may not believe me, but please take my word for it, and I'll say it again: precedence and associativity do not determine every aspect of the evaluation order of an expression in C. In particular, if within one expression there are multiple different spots where we try to assign a new value to something like x, precedence and associativity do not tell us which of those attempts happens first, or last, or anything.

---

有了这些背景知识和介绍，如果你想确保你所有的程序都是定义良好的，哪些表达式可以写，哪些表达式不能写?

这些表达都不错:

y = x++;
z = x++ + y++;
x = x + 1;
x = a[i++];
x = a[i++] + b[j++];
x[i++] = a[j++] + b[k++];
x = *p++;
x = *p++ + *q++;

这些表达式都是未定义的:

x = x++;
x = x++ + ++x;
y = x + x++;
a[i] = i++;
a[i++] = i;
printf("%d %d %d\n", x, ++x, x++);

最后一个问题是，你如何分辨哪些表达式是定义良好的，哪些表达式是未定义的?

就像我之前说的，未定义表达式是那些同时有太多事情发生的表达式，你不能确定事情发生的顺序，以及顺序在哪里很重要:

如果有一个变量在两个或多个不同的地方被修改(赋值给)，您如何知道哪个修改先发生? 如果有一个变量在一个地方被修改，而它的值在另一个地方被使用，你怎么知道它使用的是旧值还是新值?

以#1为例，在表达式中

x = x++ + ++x;

有三次修改x的尝试。

作为#2的例子，在表达式中

y = x + x++;

我们都使用x的值，并修改它。

所以这就是答案:确保在您编写的任何表达式中，每个变量最多被修改一次，如果一个变量被修改，您也不要试图在其他地方使用该变量的值。

---

还有一件事。您可能想知道如何“修复”我在回答这个问题时提出的未定义表达式。

在printf("%d %d %d\n"， x， ++x, x++);的情况下，这很简单-只需将它写成三个独立的printf调用:

printf("%d ", x);
printf("%d ", ++x);
printf("%d\n", x++);

现在行为已经完全定义好了，您将得到合理的结果。

另一方面，在x = x++ + ++x的情况下，没有办法修复它。没有办法编写它来保证它的行为符合您的期望——但这没关系，因为无论如何在实际程序中都不会编写像x = x++ + ++x这样的表达式。

你的问题可能不是“为什么这些构念在C语言中是未定义的行为?”你的问题可能是，“为什么这段代码(使用++)没有给我预期的值?”，有人将你的问题标记为重复，并将你发送到这里。

这个答案试图回答这个问题:为什么您的代码没有给您预期的答案，以及您如何学会识别(和避免)不能按预期工作的表达式。

我假设您已经听说了C的c++和——操作符的基本定义，以及前缀形式++x与后缀形式x++的区别。但是这些运算符很难理解，所以为了确保你理解了，也许你写了一个很小的测试程序，涉及到

int x = 5;
printf("%d %d %d\n", x, ++x, x++);

但是，让你惊讶的是，这个程序并没有帮助你理解——它输出了一些奇怪的、无法解释的输出，这表明++可能做了一些完全不同的事情，完全不是你想的那样。

或者，也许你正在看到一个难以理解的表达，比如

int x = 5;
x = x++ + ++x;
printf("%d\n", x);

也许有人把代码作为谜题给你。这段代码也没有意义，特别是在运行它的时候——如果在两个不同的编译器下编译和运行它，可能会得到两个不同的答案!这是怎么回事?哪个答案是正确的?(答案是两者都是，或者都不是。)

正如您现在所听到的，这些表达式是未定义的，这意味着C语言不能保证它们将做什么。这是一个奇怪而令人不安的结果，因为您可能认为您可以编写的任何程序，只要它编译并运行，就会生成一个唯一的、定义良好的输出。但在未定义行为的情况下，就不是这样了。

什么使表达式没有定义?包含++和——的表达式总是未定义的吗?当然不是:这些都是有用的运算符，如果使用得当，它们的定义是完美的。

对于我们正在讨论的表达式，当同时发生太多事情时，当我们无法说出事情发生的顺序，但当顺序对我们得到的结果很重要时，它们就没有定义了。

让我们回到我在这个回答中使用的两个例子。当我写的时候

printf("%d %d %d\n", x, ++x, x++);

the question is, before actually calling printf, does the compiler compute the value of x first, or x++, or maybe ++x? But it turns out we don't know. There's no rule in C which says that the arguments to a function get evaluated left-to-right, or right-to-left, or in some other order. So we can't say whether the compiler will do x first, then ++x, then x++, or x++ then ++x then x, or some other order. But the order clearly matters, because depending on which order the compiler uses, we'll clearly get a different series of numbers printed out.

那么这个疯狂的表达呢?

x = x++ + ++x;

The problem with this expression is that it contains three different attempts to modify the value of x: (1) the x++ part tries to take x's value, add 1, store the new value in x, and return the old value; (2) the ++x part tries to take x's value, add 1, store the new value in x, and return the new value; and (3) the x = part tries to assign the sum of the other two back to x. Which of those three attempted assignments will "win"? Which of the three values will actually determine the final value of x? Again, and perhaps surprisingly, there's no rule in C to tell us.

You might imagine that precedence or associativity or left-to-right evaluation tells you what order things happen in, but they do not. You may not believe me, but please take my word for it, and I'll say it again: precedence and associativity do not determine every aspect of the evaluation order of an expression in C. In particular, if within one expression there are multiple different spots where we try to assign a new value to something like x, precedence and associativity do not tell us which of those attempts happens first, or last, or anything.

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有了这些背景知识和介绍，如果你想确保你所有的程序都是定义良好的，哪些表达式可以写，哪些表达式不能写?

这些表达都不错:

y = x++;
z = x++ + y++;
x = x + 1;
x = a[i++];
x = a[i++] + b[j++];
x[i++] = a[j++] + b[k++];
x = *p++;
x = *p++ + *q++;

这些表达式都是未定义的:

x = x++;
x = x++ + ++x;
y = x + x++;
a[i] = i++;
a[i++] = i;
printf("%d %d %d\n", x, ++x, x++);

最后一个问题是，你如何分辨哪些表达式是定义良好的，哪些表达式是未定义的?

就像我之前说的，未定义表达式是那些同时有太多事情发生的表达式，你不能确定事情发生的顺序，以及顺序在哪里很重要:

如果有一个变量在两个或多个不同的地方被修改(赋值给)，您如何知道哪个修改先发生? 如果有一个变量在一个地方被修改，而它的值在另一个地方被使用，你怎么知道它使用的是旧值还是新值?

以#1为例，在表达式中

x = x++ + ++x;

有三次修改x的尝试。

作为#2的例子，在表达式中

y = x + x++;

我们都使用x的值，并修改它。

所以这就是答案:确保在您编写的任何表达式中，每个变量最多被修改一次，如果一个变量被修改，您也不要试图在其他地方使用该变量的值。

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还有一件事。您可能想知道如何“修复”我在回答这个问题时提出的未定义表达式。

在printf("%d %d %d\n"， x， ++x, x++);的情况下，这很简单-只需将它写成三个独立的printf调用:

printf("%d ", x);
printf("%d ", ++x);
printf("%d\n", x++);

现在行为已经完全定义好了，您将得到合理的结果。

另一方面，在x = x++ + ++x的情况下，没有办法修复它。没有办法编写它来保证它的行为符合您的期望——但这没关系，因为无论如何在实际程序中都不会编写像x = x++ + ++x这样的表达式。

C有未定义行为的概念，也就是说，一些语言结构在语法上是有效的，但你不能预测代码运行时的行为。

据我所知，该标准并没有明确说明为什么存在未定义行为的概念。在我看来，这只是因为语言设计者想在语义上有一些余地，而不是要求所有实现以完全相同的方式处理整数溢出，这很可能会带来严重的性能损失，他们只是让行为未定义，所以如果你编写的代码导致整数溢出，任何事情都可能发生。

那么，考虑到这一点，为什么这些是“问题”呢?语言清楚地表明，某些事情会导致未定义的行为。没有什么问题，没有什么“应该”牵涉其中。如果当其中一个涉及的变量被声明为volatile时，未定义的行为发生了变化，这并不能证明或改变任何东西。它是没有定义的;你不能对这种行为进行推理。

你最有趣的例子就是

u = (u++);

是教科书上未定义行为的例子(见维基百科关于序列点的条目)。

这个问题通常是与代码相关的问题的重复链接，比如

printf("%d %d\n", i, i++);

or

printf("%d %d\n", ++i, i++);

或者类似的变体。

虽然正如前面所述，这也是未定义的行为，但当涉及printf()时，与如下语句进行比较时，会有细微的差异:

x = i++ + i++;

---

在以下声明中:

printf("%d %d\n", ++i, i++);

printf()中参数的求值顺序未指定。这意味着，表达式i++和++i可以以任何顺序求值。C11标准对此有一些相关的描述:

附件J，未指明的行为

函数指示符、参数和 参数中的子表达式在函数调用中求值 (6.5.2.2)。

3.4.4，未指定的行为

使用未指定的值，或其他行为 国际标准提供了两种或两种以上的可能性 在任何情况下都没有进一步的要求。 未指定的行为的一个例子是 函数的参数被求值。

未指定的行为本身不是问题。想想这个例子:

printf("%d %d\n", ++x, y++);

这也具有未指定的行为，因为++x和y++的求值顺序是未指定的。但这是完全合法有效的声明。在这个语句中没有未定义的行为。因为修改(++x和y++)是对不同的对象进行的。

是什么呈现下面的语句

printf("%d %d\n", ++i, i++);

作为未定义的行为是这两个表达式修改相同的对象I没有中间序列点的事实。

---

另一个细节是printf()调用中涉及的逗号是分隔符，而不是逗号操作符。

这是一个重要的区别，因为逗号操作符确实在它们的操作数求值之间引入了一个序列点，这使得以下行为合法:

int i = 5;
int j;

j = (++i, i++);  // No undefined behaviour here because the comma operator 
                 // introduces a sequence point between '++i' and 'i++'

printf("i=%d j=%d\n",i, j); // prints: i=7 j=6

逗号操作符从左到右计算其操作数，只产生最后一个操作数的值。所以在j = (++i, i++);中，++i将i增加到6,i++产生i(6)的旧值，该值被分配给j。然后由于后增量，i变成7。

如果函数调用中的逗号是逗号操作符，那么

printf("%d %d\n", ++i, i++);

不会有问题的。但是它调用了未定义的行为，因为这里的逗号是分隔符。

---

对于那些不熟悉未定义行为的人来说，阅读《每一个C程序员都应该知道关于未定义行为的事情》可以帮助他们理解C语言中未定义行为的概念和许多其他变体。

本文:未定义、未指定和实现定义的行为也是相关的。

虽然像a = a++或a++ + a++这样的表达式的语法是合法的，但这些结构的行为是未定义的，因为在C标准中不遵守shall。C99 6.5 p2:

在前一个序列点和下一个序列点之间，通过表达式求值，对象的存储值最多修改一次。[72]此外，前面的值只能被读取，以确定要存储的值[73]

脚注73进一步澄清

本段给出了未定义的语句表达式，如 I = ++ I + 1; A [i++] = i; 同时允许 I = I + 1; A [i] = i;

各序列点列于C11(和C99)的附件C:

The following are the sequence points described in 5.1.2.3: Between the evaluations of the function designator and actual arguments in a function call and the actual call. (6.5.2.2). Between the evaluations of the first and second operands of the following operators: logical AND && (6.5.13); logical OR || (6.5.14); comma , (6.5.17). Between the evaluations of the first operand of the conditional ? : operator and whichever of the second and third operands is evaluated (6.5.15). The end of a full declarator: declarators (6.7.6); Between the evaluation of a full expression and the next full expression to be evaluated. The following are full expressions: an initializer that is not part of a compound literal (6.7.9); the expression in an expression statement (6.8.3); the controlling expression of a selection statement (if or switch) (6.8.4); the controlling expression of a while or do statement (6.8.5); each of the (optional) expressions of a for statement (6.8.5.3); the (optional) expression in a return statement (6.8.6.4). Immediately before a library function returns (7.1.4). After the actions associated with each formatted input/output function conversion specifier (7.21.6, 7.29.2). Immediately before and immediately after each call to a comparison function, and also between any call to a comparison function and any movement of the objects passed as arguments to that call (7.22.5).

C11同一段的措词是:

如果标量对象上的副作用相对于同一标量对象上的不同副作用或使用同一标量对象的值进行的值计算没有排序，则行为未定义。如果一个表达式的子表达式有多个允许的顺序，那么如果这种未排序的副作用出现在任意一个顺序中，则该行为是未定义的。

---

您可以在程序中检测此类错误，例如使用带有-Wall和-Werror的最新版本的GCC，然后GCC将直接拒绝编译您的程序。gcc (Ubuntu 6.2.0-5ubuntu12) 6.2.0 20161005的输出如下:

% gcc plusplus.c -Wall -Werror -pedantic
plusplus.c: In function ‘main’:
plusplus.c:6:6: error: operation on ‘i’ may be undefined [-Werror=sequence-point]
    i = i++ + ++i;
    ~~^~~~~~~~~~~
plusplus.c:6:6: error: operation on ‘i’ may be undefined [-Werror=sequence-point]
plusplus.c:10:6: error: operation on ‘i’ may be undefined [-Werror=sequence-point]
    i = (i++);
    ~~^~~~~~~
plusplus.c:14:6: error: operation on ‘u’ may be undefined [-Werror=sequence-point]
    u = u++ + ++u;
    ~~^~~~~~~~~~~
plusplus.c:14:6: error: operation on ‘u’ may be undefined [-Werror=sequence-point]
plusplus.c:18:6: error: operation on ‘u’ may be undefined [-Werror=sequence-point]
    u = (u++);
    ~~^~~~~~~
plusplus.c:22:6: error: operation on ‘v’ may be undefined [-Werror=sequence-point]
    v = v++ + ++v;
    ~~^~~~~~~~~~~
plusplus.c:22:6: error: operation on ‘v’ may be undefined [-Werror=sequence-point]
cc1: all warnings being treated as errors

重要的部分是知道什么是序列点，什么是序列点，什么不是。例如，逗号操作符是一个序列点，所以

j = (i ++, ++ i);

定义良好，并将I加1，得到旧值，丢弃旧值;然后在逗号运算符，解决副作用;然后将I加1，结果值就变成了表达式的值——也就是说，这只是一种写j = (I += 2)的人为方法，这也是一种“聪明”的写法

i += 2;
j = i;

然而，函数参数列表中的，不是逗号操作符，并且在不同参数的计算之间没有序列点;相反，他们对彼此的评价是没有顺序的;函数调用

int i = 0;
printf("%d %d\n", i++, ++i, i);

具有未定义的行为，因为在函数参数中i++和++i的计算之间没有序列点，因此i的值在前一个序列点和下一个序列点之间被i++和++i修改了两次。

我认为C99标准的相关部分是6.5表达式，§2

在前一个序列点和下一个序列点之间，一个对象应该有它的存储值 由表达式求值最多修改一次。此外，先验值 应该是只读的，以确定要存储的值。

和6.5.16赋值操作符，§4:

操作数的求值顺序未指定。如果试图修改 赋值运算符的结果或在下一个序列点之后访问它的结果 行为是未定义的。