摘要：C語言教學(xué)過程中普遍存在一個(gè)對(duì)C語言中自加運(yùn)算符的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，根據(jù)C99規(guī)范對(duì)該錯(cuò)誤進(jìn)行詳細(xì)分析，指出后綴加運(yùn)算符與前綴加運(yùn)算符的本質(zhì)區(qū)別，解釋C語言中令人頗難理解的一個(gè)特性。

關(guān)鍵詞：C語言；自加運(yùn)算；后綴加；前綴加；優(yōu)先級(jí)

文章編號(hào)：1672-5913（2013）03-0026-03

中圖分類號(hào)：G642

隨著計(jì)算機(jī)教育的普及，C語言已經(jīng)成為各所高校理工科專業(yè)的必修課程。由于C語言本身是為熟練程序員準(zhǔn)備的程序設(shè)計(jì)語言，使用非常靈活，但同時(shí)又極容易出錯(cuò)，因此對(duì)教學(xué)者提出了更高的要求。

筆者在10多年的教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)自己對(duì)C語言的某些知識(shí)理解是錯(cuò)誤的；在與同行交流時(shí)，也發(fā)現(xiàn)某些同行由于缺乏實(shí)際的編程經(jīng)驗(yàn)，犯下一些知識(shí)性的錯(cuò)誤。目前使用c語言容易犯的錯(cuò)誤已高達(dá)100多種，其中有一個(gè)對(duì)自加運(yùn)算符的理解錯(cuò)誤最為普遍，流傳甚廣，卻至今無人明確提出，筆者擬對(duì)此作出澄清。

1 關(guān)于后綴自加的一個(gè)主流觀點(diǎn)

自加運(yùn)算符（++）是C語言中使用最普遍的一個(gè)運(yùn)算符（由于自減運(yùn)算符存在的問題與自加完全相同，下面只談自加運(yùn)算符），它分為前綴加和后綴加兩種。其中前綴加的運(yùn)算規(guī)則相對(duì)比較簡單，一般均可正確理解。但后綴加的運(yùn)算規(guī)則理解起來要困難得多，筆者發(fā)現(xiàn)不少同仁均在此處犯錯(cuò)，且極不容易發(fā)現(xiàn)。

在我國高校中使用最廣泛的C語言教材是譚浩強(qiáng)先生的《C語言程序設(shè)計(jì)》，至2009年，該書已經(jīng)再版3次，發(fā)行量超過1000萬冊(cè)，可謂影響深遠(yuǎn)。該書在介紹自加運(yùn)算符時(shí)，先是如此說明：

++i，--i（在使用i之前，先使i的值加或減1）

i++，i--（在使用i之后，使i的值加或減1）

并補(bǔ)充解釋到：“但++i和i++的不同之處在于++i是先執(zhí)行i=i+1后，再使用i的值；而i++是先使用i的值后，再執(zhí)行i=i+1”。隨后舉了一個(gè)程序例子：

i=3：

j=++i；//j的值為4

i=3；

j=i++；//j的值為3，然后i變?yōu)?

在程序之后，作者又補(bǔ)充到：“注意（i++）是先用i的原值進(jìn)行運(yùn)算以后，再對(duì)i加1”。從上述描述不難看出，譚浩強(qiáng)先生對(duì)于“j=i++”執(zhí)行的過程可以理解為下面兩步操作：

i→j

i+1→i

從中可以看出，后綴加的運(yùn)算優(yōu)先級(jí)比賦值號(hào)的優(yōu)先級(jí)更低。該觀點(diǎn)在隨后的兩個(gè)版本中雖然描述文字有所出入，但基本思想一直保留。譚浩強(qiáng)先生的這一觀點(diǎn)受到普遍認(rèn)同，筆者隨機(jī)找到10余種C語言程序設(shè)計(jì)書籍，均同意這一觀點(diǎn)。雖然各書所舉的例子不盡相同，但都能印證這一解釋的正確性。于是這一解釋成為目前C語言教學(xué)中的主流觀點(diǎn)，筆者曾不止一次聽到在課堂教學(xué)中老師將這一解釋介紹給學(xué)生，并將其簡單總結(jié)為：“前綴加是在其他操作之前加1，后綴加是在賦值操作之后加1”。

2 無法解釋的矛盾

上述觀點(diǎn)在僅有算術(shù)運(yùn)算的情況下能夠正確解釋程序運(yùn)行的結(jié)果，再加上譚浩強(qiáng)先生的權(quán)威，因此成為了主流觀點(diǎn)。但實(shí)際上，這一觀點(diǎn)有一個(gè)重大的漏洞。按照該觀點(diǎn)，前綴加和后綴加必須是兩個(gè)運(yùn)算符，其中前綴加的優(yōu)先級(jí)高于賦值運(yùn)算，而后綴加的優(yōu)先級(jí)則低于賦值運(yùn)算。而所有的C語言教材都承認(rèn)，自加運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)只有一個(gè)，位于所有運(yùn)算符中的第二級(jí)。這一規(guī)定是由ISO/IEC組織在《ISO/ICE 9899：1999，C programming language standard》（以下簡稱C99標(biāo)準(zhǔn)）中規(guī)定，教材作者無權(quán)更改。

為解決這一矛盾，明確提出：“把前綴自增（自減）和后綴自增（自減）運(yùn)算符看成兩種運(yùn)算符，且規(guī)定前綴自增（自減）運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)大于算術(shù)運(yùn)算符，后綴自增（自減）運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)低于賦值運(yùn)算符”，即需要修改C99標(biāo)準(zhǔn)。

暫且不提修改C99標(biāo)準(zhǔn)這一愿望是否能實(shí)現(xiàn)，即便修改了C99標(biāo)準(zhǔn)暫時(shí)解決這一矛盾，但由于這一觀點(diǎn)的內(nèi)涵是錯(cuò)誤的，必將會(huì)在其他方面暴露出來，下面看一個(gè)程序段：

int a[2]={1，2}，t；

int*p=a；

t=*p++；

printf（"t=%d，a[0]=%d，&a[0]=%p，&a[1]=%p，p=%p"，t，a[0]，&a[0]，&a[1]，p）；

按照前述“后綴加運(yùn)算優(yōu)先級(jí)低于賦值號(hào)”的觀點(diǎn)C99標(biāo)準(zhǔn)中自加運(yùn)算符位于所有運(yùn)算符中第二級(jí)的規(guī)定，該程序的第4行應(yīng)該這么來理解：“*”的優(yōu)先級(jí)最高，它和p結(jié)合，于是將p所指向的存儲(chǔ)單元內(nèi)容（a[0]的值，等于1）賦值給t；然后執(zhí)行后綴加運(yùn)算，由于后綴加的優(yōu)先級(jí)低于“*”，因此運(yùn)算數(shù)p應(yīng)先執(zhí)行“*”運(yùn)算后，得到的后果再執(zhí)行后綴加運(yùn)算。于是后綴加運(yùn)算是將p所指向的存儲(chǔ)單元（即a[0]）的值加1，而p里面存儲(chǔ)的地址值不發(fā)生變化，還是a[0]的地址值。依次預(yù)計(jì)該程序輸出的結(jié)果應(yīng)為：

t=1，a[0]=2，&a[0]=a[0]的地址值，&a[1]=a[1]的地址值，p=a[0]的地址值

但實(shí)際上，任何一個(gè)合格的C語言使用者都能憑經(jīng)驗(yàn)預(yù)測出這段代碼執(zhí)行的實(shí)際結(jié)果應(yīng)該為：t=1，a[0]=1，p的指針值從a[0]處移動(dòng)到了a[1]處。該程序?qū)嶋H運(yùn)行結(jié)果如圖1所示。

這一結(jié)果與前面理論預(yù)測不符。為此，譚浩強(qiáng)的書中作了如下解釋：“*p++，由于++和*同優(yōu)先級(jí)，是自右而左的結(jié)合方向，因此它等價(jià)于*（p++）。作用是先得到p指向的變量的值（即*p），然后再使p+1→p”。這一解釋也受到其他教材作者的贊同。

這一解釋單獨(dú)看起來似乎沒有問題，但聯(lián)系前面的例子“j=i++”，就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)無法解釋的矛盾：在“t=*p++”中，后綴加的優(yōu)先級(jí)必須與“*”相同，然后根據(jù)結(jié)合方向（自右向左）它才有資格與變量p結(jié)合，這時(shí)它的優(yōu)先級(jí)遠(yuǎn)高于賦值號(hào)“=”。而在“j=i++”中，后綴加的優(yōu)先級(jí)則必須低于“=”，否則結(jié)果不對(duì)。

從這兩個(gè)例子可看出，如果按照通常的解釋，同是后綴加運(yùn)算符，在不同的表達(dá)式中擁有了兩個(gè)截然不同的優(yōu)先級(jí)！

更為奇怪的是，即便在同一個(gè)表達(dá)式“t=*p++”中，為了讓++有資格和p結(jié)合，規(guī)定后綴加的優(yōu)先級(jí)與“*”相同，高于賦值號(hào)。但在實(shí)際賦值過程中，卻是先將p現(xiàn)在所指向的存儲(chǔ)單元中的值賦給了t，然后再將p中的地址值加1，這時(shí)同一個(gè)后綴加的優(yōu)先級(jí)又比賦值號(hào)更低。這種忽高忽低的優(yōu)先級(jí)規(guī)定，很令人費(fèi)解。

之所以出現(xiàn)這么奇怪的情況，完全是因?yàn)槟壳敖虒W(xué)界的主流觀點(diǎn)對(duì)于后綴加的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)所導(dǎo)致的。

3 正確的解釋

其實(shí)，關(guān)于自加運(yùn)算符，C99標(biāo)準(zhǔn)中有明確的規(guī)定：“++”運(yùn)算符只有一個(gè)，優(yōu)先級(jí)位于第二級(jí)。其中前綴加和后綴加的區(qū)別在于：按照優(yōu)先級(jí)規(guī)定，前綴加直接作用在自加變量上，然后用自加變量本身的值參與后續(xù)運(yùn)算；而后綴加則需要先將自加變量賦值給一個(gè)中間變量，然后自加變量加1，再用中間變量參與后續(xù)運(yùn)算。后綴加相對(duì)于前綴加而言，其中的差別在于多了一個(gè)中間變量，參與后續(xù)運(yùn)算的是這個(gè)中間變量，而非自加變量本身。

遵照這一個(gè)規(guī)定，很容易解釋“j=i++”的結(jié)果，它實(shí)際上執(zhí)行了以下3步：

i→i' //i'為系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生的中間變量

i+1→i

i'→j //將i自加前的值賦給了j

對(duì)于更為復(fù)雜的語句“t=*p++”，也可以用同樣的方式解釋，它實(shí)際上執(zhí)行了以下3步：

p→p' //p'為系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生的中間變量

p+1→p

*p'→t

即無論在何種情況下，后綴加始終保持了同一運(yùn)算優(yōu)先級(jí)，邏輯間沒有任何沖突。由此可見，C99標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定不僅更權(quán)威，也比教學(xué)界的主流觀點(diǎn)更合理、更簡潔。

更進(jìn)一步，根據(jù)C99這一規(guī)定，我們還可以對(duì)C語言中看上去更難理解的一個(gè)問題作出合理的解釋。幾乎所有的教材都認(rèn)可這一結(jié)論：前綴加比后綴加的效率更高，比如“++k”比“k++”的效率高，但很少有教材指出具體是什么原因?，F(xiàn)在知道：這是因?yàn)椤発++”比“++k”多了一次為中間值賦值的操作。

4 結(jié)語

教學(xué)界關(guān)于后綴加的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)流傳近20年，影響數(shù)百萬名學(xué)生，卻至今還未得到明確的糾正，這一事實(shí)令人感到遺憾。

實(shí)際上，這一知識(shí)理解上的偏差，程序設(shè)計(jì)者通過大量編程鍛煉與思索是可以發(fā)現(xiàn)的，而教材作者通過閱讀C99標(biāo)準(zhǔn)也能發(fā)現(xiàn)。這一錯(cuò)誤廣泛流傳的事實(shí)說明，C語言教師和教材作者僅憑閱讀幾本相關(guān)教材以及少量的編程經(jīng)驗(yàn)是難以真正掌握c語言精髓的。C語言盡管靈活，但仍然是精確的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，對(duì)任何基礎(chǔ)知識(shí)理解的偏差，都有可能導(dǎo)致程序設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，因此教師有責(zé)任為初學(xué)者傳授準(zhǔn)確的知識(shí)。這就要求教師和教材作者必須通過實(shí)際編程訓(xùn)練和閱讀更權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)說明，加深和驗(yàn)證自己對(duì)C語言的理解。

（見習(xí)編輯：劉麗麗；編輯：趙廓）