Bài 33.526 phút đọc

Điểm tuần tự và thứ tự đánh giá

Sau bài này bạn sẽ làm được

Kể nơi có điểm tuần tự và nơi không có
Giải thích vì sao thứ tự đánh giá đối số là không xác định
Phân biệt unsequenced với indeterminately sequenced
Áp dụng quy tắc một biến chỉ sửa một lần trong một câu lệnh

i = i++ + ++i là câu hỏi phỏng vấn kinh điển và là câu hỏi sai. Câu trả lời đúng không phải một con số, mà là: đoạn mã này không có nghĩa. Bài này giải thích vì sao, và quan trọng hơn, cách để không bao giờ phải nghĩ về nó nữa.

#Điểm tuần tự là gì

Điểm tuần tự (sequence point)

Một mốc trong quá trình thực thi mà tại đó mọi tác dụng phụ của các phép tính trước đó đã hoàn tất, và chưa tác dụng phụ nào của các phép tính sau đó bắt đầu.

Vị trí	Có điểm tuần tự	Nghĩa là
Dấu chấm phẩy cuối câu lệnh	Có	Câu lệnh trước xong hẳn rồi mới sang câu sau
Toán tử && và \|\|	Có	Vế trái xong hẳn, và có thể vế phải không chạy
Toán tử ba ngôi ? :	Có	Điều kiện xong hẳn rồi mới chọn nhánh
Toán tử phẩy ,	Có	Vế trái xong hẳn rồi mới sang vế phải
Trước khi thân hàm chạy	Có	Mọi đối số đã tính xong
Giữa các đối số hàm	Không	Thứ tự tùy trình biên dịch
Hai vế của + - * /	Không	Thứ tự tùy trình biên dịch
Hai vế của phép gán =	Không	Thứ tự tùy trình biên dịch
Trong khởi tạo mảng và struct	Có, từ C11	Theo thứ tự viết

Dấu phẩy phân cách đối số không phải toán tử phẩy

f(a, b);          /* dau phay PHAN CACH doi so:
                     KHONG co diem tuan tu giua a va b */

a, b;             /* TOAN TU phay:
                     CO diem tuan tu, a chay xong han roi moi den b */

f((a, b));        /* mot doi so duy nhat, la bieu thuc "a, b".
                     Co diem tuan tu ben trong. */

/* Hai dau phay nay trong het nhau va co nghia hoan toan khac nhau.
   Do la mot trong nhung cho gay nham nhat cua cu phap C. */

&& và || là chỗ điểm tuần tự cứu bạn

if (p != NULL && p->truong > 0)     /* AN TOAN */

/* Toan tu && bao dam:
     1. p != NULL duoc danh gia xong han
     2. neu no sai, ve phai KHONG chay
     3. neu no dung, moi den p->truong

   Do la ly do mau nay dung duoc, va la mau ban se viet moi ngay. */

if (p->truong > 0 && p != NULL)     /* SAI: giai tham chieu truoc */

if (i < n & a[i] > 0)               /* SAI: & khong phai &&,
                                       khong co diem tuan tu,
                                       ca hai ve deu chay */

#Thứ tự đánh giá đối số

seq.c

static int lan = 0;
static int g(void) { printf("  g chay thu %d\n", ++lan); return 1; }
static int h(void) { printf("  h chay thu %d\n", ++lan); return 2; }
static int f(int a, int b) { return a * 10 + b; }

int main(void) {
    printf("f(g(), h()):\n");
    printf("  ket qua %d\n", f(g(), h()));
    return 0;
}

terminal

gcc -std=c11 -O2 -Wall -Wextra -o seq seq.c && ./seq

f(g(), h()):
  h chay thu 1
  g chay thu 2
  ket qua 12

h chạy trước g, nhưng kết quả vẫn đúng

/* GCC danh gia doi so tu PHAI sang TRAI o day. Nen h() chay truoc.

   Nhung gia tri van vao dung tham so: a nhan 1 tu g(), b nhan 2 tu h().
   Ket qua 1 * 10 + 2 = 12.

   Thu tu THUC THI khac voi thu tu GAN THAM SO. Chi khi cac ham co
   tac dung phu NHIN THAY DUOC thi thu tu moi lo ra.

   Va day KHONG phai UB. Day la unspecified: chuong trinh hop le,
   chi la khong doan truoc duoc. Nen khong co canh bao nao. */

Ba chỗ thứ tự đánh giá gây lỗi thật

/* 1. Doc tu mot luong */

xu_ly(doc_int(f), doc_int(f));      /* doc cai nao truoc?
                                       Ban khong biet, nen du lieu
                                       vao sai thu tu. */

/* Cach dung: */
int a = doc_int(f);
int b = doc_int(f);
xu_ly(a, b);

/* 2. Cap phat trong danh sach doi so */

xu_ly(malloc(10), malloc(20));      /* neu malloc thu hai that bai,
                                       khoi thu nhat bi ro ri.
                                       Trong C++ con te hon voi ngoai le. */

/* 3. Bien dem chung */

static int stt = 0;
ghi(stt++, stt++);                  /* UB, khong chi unspecified:
                                       stt bi sua hai lan */

#Sửa một biến nhiều lần

Bốn biểu thức không có nghĩa

int i = 1;
int x = i++ + ++i;

int j = 0;
int a[5] = { 0 };
a[j] = j++;

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

int m = 2;
m = m++;

terminal

gcc -std=c11 -O2 -Wall -Wextra -c seq.c

seq.c:13:19: warning: operation on 'i' may be undefined [-Wsequence-point]
                   ^~~
seq.c:18:13: warning: operation on 'j' may be undefined [-Wsequence-point]
            ~^~
seq.c:23:29: warning: operation on 'k' may be undefined [-Wsequence-point]
                            ~^~

./seq

i++ + ++i voi i=1 -> x = 4, i = 3
a[j] = j++ voi j=0 -> a[0]=0 a[1]=0 j=1
printf("%d %d", k++, k++) -> 6 5

Ba kết quả này đúng với GCC 8.1 trên máy này, và chỉ vậy thôi

/* KHONG hoc thuoc ba con so nay.

   Chuan noi ro: neu mot doi tuong bi sua nhieu lan giua hai diem
   tuan tu, hoac bi sua va doc o hai cho khong co thu tu, thi
   HANH VI KHONG XAC DINH.

   Nghia la:
     - trinh bien dich khac cho ket qua khac
     - phien ban khac cua cung trinh bien dich cho ket qua khac
     - muc toi uu khac cho ket qua khac
     - va ve nguyen tac, chuong trinh duoc phep lam bat cu gi

   Nguoi hoi ban "i = i++ + ++i bang may" dang hoi mot cau khong
   co dap an. Cau tra loi dung la: "bieu thuc do khong co nghia,
   va GCC canh bao voi -Wsequence-point". */

printf in ra 6 5 chứ không phải 5 6

int k = 5;
printf("%d %d\n", k++, k++);      /* in ra: 6 5 */

/* Vi GCC danh gia doi so tu phai sang trai:
     doi so thu hai: k++ -> tra ve 5, k thanh 6
     doi so thu nhat: k++ -> tra ve 6, k thanh 7

   Nen tham so thu nhat la 6 va tham so thu hai la 5.

   Doc dong nay ma doan duoc ket qua la mot ky nang vo dung.
   Ky nang huu ich la nhan ra no de xoa di. */

Sửa một biến nhiều lần trong một câu lệnh

int x = i++ + ++i;

a[j] = j++;

printf("%d %d", k++, k++);

m = m++;

f(i++, i);

Một tác dụng phụ cho mỗi câu lệnh

++i;
int x = i + i;
++i;

a[j] = j;
++j;

printf("%d %d", k, k + 1);
k += 2;

++m;

int t = i++;
f(t, i);

#Cách C11 phát biểu lại

C11 bỏ hẳn thuật ngữ "điểm tuần tự" và thay bằng một quan hệ thứ tự giữa các phép tính. Cách phát biểu mới chính xác hơn và cần thiết cho mô hình bộ nhớ đa luồng.

Quan hệ	Nghĩa	Ví dụ
Sequenced before	A chắc chắn xong trước B	Hai câu lệnh cách nhau dấu chấm phẩy
Indeterminately sequenced	Một trong hai xong trước, không biết cái nào, nhưng không chồng lấn	Hai lời gọi hàm trong danh sách đối số
Unsequenced	Không có thứ tự nào, có thể xen kẽ nhau	Hai vế của a + b

Vì sao phân biệt hai mức cuối lại quan trọng

f(g(), h());

/* g va h la INDETERMINATELY SEQUENCED, khong phai unsequenced.

   Nghia la: mot trong hai chay xong HAN roi cai kia moi bat dau.
   Chung khong xen ke nhau.

   Nen neu g va h moi ham sua mot bien toan cuc mot lan, thi day
   la UNSPECIFIED, khong phai UB: ket qua la mot trong hai kha nang,
   nhung chuong trinh van co nghia. */

int x = i++ + ++i;

/* Hai phep i++ va ++i la UNSEQUENCED.

   Chung co the xen ke nhau: doc i cho ca hai, roi ghi hai lan.
   Do la ly do day la UB chu khong phai unspecified. */

C11 cũng sửa hai chỗ từng là UB

/* 1. Toan tu gan: ve phai duoc danh gia truoc ve trai luu ket qua */

a[i] = i++;      /* VAN la UB trong C11: hai ve van unsequenced */

/* Nhung day thi khong con la UB: */

*p++ = *q++;     /* HOP LE: moi bien chi bi sua mot lan */

/* 2. Khoi tao mang va struct co thu tu tu C11 */

int a[] = { i++, i++, i++ };    /* HOP LE tu C11: danh gia trai sang phai
                                   voi diem tuan tu giua cac phan tu.
                                   Truoc C11 thi la UB. */

#Một quy tắc thay cho mọi luật

Quy tắc duy nhất bạn cần nhớ

Trong một câu lệnh, mỗi biến chỉ được sửa nhiều nhất một lần, và nếu một biến bị sửa thì không được đọc nó ở chỗ khác trong cùng câu lệnh, trừ khi việc đọc đó là để tính ra giá trị mới.

/* Ap dung quy tac vao tung vi du: */

i = i + 1;         /* OK: sua i mot lan, doc i de tinh gia tri moi */
i++;               /* OK */
a[i] = i;          /* OK: khong sua i */
a[i] = i++;        /* SAI: sua i, va doc i o cho khac */
i = i++;           /* SAI: sua i hai lan */
f(i++, i);         /* SAI: sua i, va doc i o cho khac */
*p++ = *q++;       /* OK: moi bien sua dung mot lan */
x = y++ + z++;     /* OK: ba bien khac nhau */

Bốn cờ cảnh báo liên quan

-Wsequence-point      # nam trong -Wall, bat "sua nhieu lan"
-Wunsequenced         # ten cua Clang cho cung viec do
-Wsign-compare        # nam trong -Wextra
-Wunused-value        # bat "a, b;" ma khong dung ket qua

/* -Wsequence-point bat duoc phan lon truong hop. Nhung no KHONG
   bat duoc khi hai lan sua nam trong hai ham khac nhau: */

static int dem = 0;
static int tang(void) { return ++dem; }

int x = tang() + tang();    /* KHONG canh bao.

   Day la unspecified chu khong phai UB, vi hai loi goi ham la
   indeterminately sequenced. Ket qua co the la 1 + 2 hoac 2 + 1,
   nhung ca hai deu bang 3 nen truong hop nay vo hai.

   Doi thanh phep tru thi khac: tang() - tang() cho ra 1 hoac -1. */

Tự làm thử

Chạy f(g(), h()) với hai hàm có in ra và xác nhận thứ tự trên máy bạn.
Chạy ba biểu thức UB ở mục ba và so kết quả với -O0 và -O2.
Xác nhận -Wsequence-point cảnh báo cả ba, và không cảnh báo f(g(), h()).
Viết lại mười biểu thức có nhiều tác dụng phụ thành mã một tác dụng phụ mỗi câu.
Chứng minh tang() - tang() cho ra kết quả khác nhau khi đổi trình biên dịch hoặc mức tối ưu.
Tìm trong một dự án cũ mọi chỗ có ++ hoặc -- nằm trong danh sách đối số hàm.

Trình chấm điểm tự động sẽ được bổ sung ở giai đoạn sau. Hiện tại bạn tự chạy thử trên máy.

Tóm tắt

Có điểm tuần tự tại dấu chấm phẩy, &&, ||, ?:, toán tử phẩy và trước khi thân hàm chạy.
Không có điểm tuần tự giữa các đối số hàm, giữa hai vế của phép toán, và giữa hai vế của phép gán.
GCC 8.1 đánh giá đối số từ phải sang trái, nên printf("%d %d", k++, k++) với k = 5 in ra 6 5. Đó là chi tiết cài đặt, không phải quy tắc.
Thứ tự đánh giá đối số là unspecified, còn sửa một biến nhiều lần là undefined. Hai mức rất khác nhau.
Quy tắc duy nhất cần nhớ: trong một câu lệnh, mỗi biến sửa nhiều nhất một lần và không đọc ở chỗ khác.