i++和++i在函数入参时的一些问题

2021-10-29 约 1071 字预计阅读 3 分钟

摘要

本文探讨了C++中i++和++i在函数参数传递时的行为差异及其背后的机制。作者通过两个问题详细分析了参数计算顺序和自增操作的执行时机。首先，C++标准规定函数参数的入参顺序为从右往左，但参数的计算顺序未被明确规定，因此不同编译器（如gcc和clang）可能采用不同的计算顺序，导致相同代码在不同编译器下的输出结果不同。其次，作者通过类的示例和汇编代码分析，解释了i++和++i的计算时机：i++会先将当前值传递给参数，再执行自增操作，而++i则在传递参数前完成自增操作。文章通过汇编代码验证了这一行为，清晰地展示了寄存器的操作过程。本文对C++开发者理解编译器行为和避免潜在问题具有重要参考价值。

问题一: test(x++, x == 1)

以下函数的输出是什么? 本文源码参考: https://gcc.godbolt.org/z/veMohGYob

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void test(int x, bool bl)
{
    cout << x << "  " << bl << endl;
}
//...
int x = 0;
test(x++, x == 1);

参数计算顺序和入参顺序

首先, 毫无疑问, C/C++标准规定的函数参数入参顺序是从右往左.

按照上述说法, 问题一的数输出应该就是0 0. 使用gcc编译, 发现输出结果确实是0 0, 但是使用clang编译的输出结果是0 1.

不同编译器编译同一个函数, 居然会导致函数的输出不一样. 这是因为在函数参数入参之前还有参数的计算过程.

在《UCB CS61a SICP Python 中文》一周目笔记(一)中提到了函数参数的应用序和正则序, 按照我们的认知和经验, C/C++编译器使用的是应用序, 所以在函数入参之前需要计算参数的结果. 但是, 同入参顺序, 参数计算也有顺序. C/C++标准中没有规定函数参数的计算顺序, 所以导致不同的编译器可能定义了不同的参数计算顺序.

如上结果:

gcc的参数计算顺序是从右往左;
clang的参数计算顺序是从左往右;

问题二: test(m_idx++)

下面这个类Test, 调用test()方法的输出是什么?

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class Test{
public:
    Test() : m_idx(0) {}
    ~Test() {}
    void test() {
        test(m_idx++);
    }
private:
    void test(int idx) {
        cout << idx << "  " << m_idx << endl;
    }
    int m_idx;
};
//...
Test t;
t.test();

这里不涉及问题一的计算顺序了. 经过测试, test的输出结果是0 1, 这意为着m_idx++在入参时是传入的没有++的m_idx, 但是在调用函数之后, 有发现m_idx被++了, 也就是说, m_idx + 1的动作发生在入参前后. 这里涉及到的知识点是x++和++x的计算时机.

i++和++i的计算时机

先来看看汇编结果:

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Test::test():
 mov    QWORD PTR [rbp-0x8],rdi
 mov    rdi,QWORD PTR [rbp-0x8]
 mov    esi,DWORD PTR [rdi]
 mov    eax,esi
 add    eax,0x1
 mov    DWORD PTR [rdi],eax
 call   401350 <Test::test(int)>
 ## ...

Test::test(int):
 mov    DWORD PTR [rbp-0xc],esi
 mov    rax,QWORD PTR [rbp-0x8]
 mov    QWORD PTR [rbp-0x18],rax
 mov    esi,DWORD PTR [rbp-0xc]

首先是拿到了m_idx, 然后将m_idx的值存入esi寄存器, 再将esi寄存器的值(这时候就是m_idx的值)存入eax寄存器, 然后eax+1, 再将eax寄存器加完后的结果存如m_idx, 然后调用test(int)函数. 在test(int)中会将esi寄存器的值作为入参参数.

所以我们可以得到一个结论: 执行test(m_idx++);时, 先将m_idx送入esi寄存器(源变址寄存器), 再复制到eax寄存器(累加寄存器), 再在eax寄存器执行++操作, 然后送入m_idx, 这时候m_idx已经执行完+1操作了. 参数入参时使用的是esi中的值, 所以入参的值是没有加一的值.

如果是test(++m_idx);呢?

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Test::test():
 mov    QWORD PTR [rbp-0x8],rdi
 mov    rdi,QWORD PTR [rbp-0x8]
 mov    esi,DWORD PTR [rdi]
 add    esi,0x1
 mov    DWORD PTR [rdi],esi
 call   401350 <Test::test(int)>

可以发现, 没有使用临时寄存器了, 而是直接在esi寄存器上使用+1操作. 所以入参的值就是加完之后的值.