C/C++布尔运算的短路

空中燕

对于表达式a && b，当a为假时，整个逻辑表达式的结果必为假，评估表达式b的值是不必要的。同样的情况也发生在表达式c || d中，当c为真时，d的真假不影响整个表达式的值。在上述情形下，编译器会略过表达式b和d的运算，这种行为就好比电路“短路”时，电流总是沿阻抗最低的“近路”行进，称之为“布尔运算的短路”。

本文引用自作者编写的下述图书; 本文允许以个人学习、教学等目的引用、讲授或转载，但需要注明原作者"海洋饼干叔叔"；本文不允许以纸质及电子出版为目的进行抄摘或改编。
1.《Python编程基础及应用》，陈波，刘慧君，高等教育出版社。免费授课视频
2.《Python编程基础及应用实验教程》, 陈波，熊心志，张全和，刘慧君，赵恒军， 高等教育出版社
3. 《简明C及C++语言教程》，陈波，待出版书稿。免费授课视频

先讨论逻辑与（&&）运算中的短路问题，请看下述程序。
//Project - BoolShort
#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    int x = 0, y = 0, z = 0;
    bool b = (x++) && (y++) && (z++);

    cout << "b = " << b << endl;
    cout << "x = " << x << endl;
    cout << "y = " << y << endl;
    cout << "z = " << z << endl;
    return 0;
}
上述程序的执行结果为：
b = 0
x = 1
y = 0
z = 0
从语法上，“大家”几乎都会认为在代码的第7行，x++，y++， z++均被执行，故输出结果中的x,y,z均应为1。但如输出结果所见，y和z之值仍为0。
(x++) && (y++) && (z++)
对于上述逻辑与表达式，“编译器”生成的代码选择了“最优求解路径”：

• (x++)是先取值，后增值，显然其值为0；
  
• 对于整个布尔表达式而言，(x++)的值为0，即逻辑假，此时，(y++)和(z++)的值的真假不影响整个表达式的结果，因此，C/C++语言按照短路规则忽略了(y++)和(z++)的计算，故输出结果中，只有x的值为1,y和z仍为0。
  

下述程序则讨论了逻辑或(||)中的运算短路：
//Project - BoolShort2
#include <iostream>
using namespace std;

int main(){
    int x = 0, y = 0, z = 0;
    bool b = (x++) || (++y) || (z++);

    cout << "b = " << b << endl;
    cout << "x = " << x << endl;
    cout << "y = " << y << endl;
    cout << "z = " << z << endl;
    return 0;
}
上述程序的执行结果为：
b = 1
x = 1
y = 1
z = 0
同理，对于下述表达式：
(x++) || (++y) || (z++)
如果(x++)的值为真，则(++y)与(z++)的变得无关紧要；只有(x++)的假为假时，计算(++y)才有意义；同样地，只有(x++)和(++y)均为假时，计算(z++)才有必要。上述表达式的计算过程如下：

• (x++)系先取值，后递增，其值为假（0），但x由0变1;
  
• 由于(x++)为假，故计算(++y)，先递增后取值，其值为真（1）；
  
• 由于(++y)为真，布尔短路发生，(z++)的计算被忽略，故z保持0值不变;
  
• 由于(++y)为真，故整个表达式的值为真，b为1。
  

  从软件工程的角度看，应该尽可能在上述逻辑与和逻辑或的运算中同时使用++操作符，除了让程序变得更难懂，更容易出错外，这样做几乎不会带来任何益处。
  忍着“恶心“，向各位介绍一个不必要的复杂过头的案例：函数accSum(int n)在不使用循环，不使用条件语句的前提下计算1+2+…+n的值。
//Project - AccSum
#include <iostream>
using namespace std;

int accSum(int n){
    n && (n = n+accSum(n-1));
    return n;
}

int main()
{
    cout << "1+2+...+99+100 = " << accSum(100);
    return 0;
}
上述代码的执行结果为：
1+2+...+99+100 = 5050
上述代码的第6行使用了布尔短路的技术，当n>=1时，&&后的(n = n+accSum(n-1))被计算，程序通过递归完成计算；当n==0时，n为假，&&后的(n = n+accSum(n-1))被忽略。 容易看出，上述代码的第6~7行与下述代码等价：
if (n>=1)
    n = n + accSum(n-1);
return n;
再次强调，一位合格的程序员应该避免在程序中使用不必要的技巧，比如利用如上所述的布尔短路特性。

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