C 語言:運算子優先次序和運算次序－傑克! 真是太神奇了!

運算子優先權 (C 語言) Percedence Table

C 語言運算子優先權重表
	運算子 Operator	說明 Description	結合順序 Associativity
1	() [] -> . ++ --	Function call Array subscripting Element selection (of `struct` or `union`) through pointer Element selection (of `struct` or `union`) by reference increment/decrement (suffix) _(註1)	左至右_(註2)
2	! ~ ++ -- + - * & (type) sizeof	logic NOT bitwise NOT increment/decrement (prefix) unary plus and minus Indirection (dereference, right value) Address-of (left value) type cast Size-of	右至左_(註2)
3	* / %	Arithmetic multiplication, division, and remainder	左至右
4	+ -	Arithmetic addition, subtraction	左至右
5	<< >>	Bitwise left shift, right shift	左至右
6	< <= > >=	Relational less than, not greater than Relational greater than, not less than	左至右
7	== !=	Relational equal, not equal	左至右
8	&	Bitwise AND	左至右
9	^	Bitwise XOR	左至右
10	\|	Bitwise OR	左至右
11	&&	Logical AND	左至右
12	\|\|	Logical OR	左至右
13	?:	Ternary conditional	右至左
14	= += -= *= /= %= &= ^= \|= <<= >>=	Direct assignment Assignment by sum, difference Assignment by product, quotient, remainder Assignment by bitwise AND, XOR, OR Assignment by bitwise left shift, right shift	右至左
15	,	Comma	左至右

註1: 這一條和 K&R C 書上所列不同, 這是 K&R C 原版的錯誤. 目前所有的 C/C++ 編譯器都還保留這個錯誤, 並且不會被修正. 請參考 Wiki: C (programming language) Syntax 的第 5 小段 (標題 "Character Set" 的前面小段). 或者 K&R 原版第 3 頁. 摘錄如下:
"C, like any other language, has its blemishes. Some of the operators have the wrong precedence; some parts of the syntax could be better."

註2: 其實算起來第一項, 第二項都是單一運算元之運算子 (unary). 它們並沒有所謂結合順序的問題. 二者的結合原則都是 '近端' 優先. 第一項所列都是寫在運算元右邊的, 所以有多個運算元寫在一起時自然是左邊的離運算元比較近, 所以是由 '左至右' 結合. 第二項所列都是寫在運算元左邊的, 所以右邊的離運算元比較近, 自然是由 '右至左' 結合. 那..., 下面的 '記憶口訣' 就自己更正吧.

注意事項:

第 2, 13, 14 的結合次序為 右至左, 和其他群組不同 (記憶口訣: 單運算元(2), 三運算元(13), 指定運算類(14)為右至左, 二運算元及其他均為由左至右.)
運算式中無括號強制指定優先權的部份, 優先權值小的運算子先執行運算, 優先權相同時則依 '結合順序' 判定. 以下是結合順序之例子:

a-b+c 中 - 和 + 同為優先權4, 結合順序為 '左至右' 所以是 (a-b)+c 而不是 a-(b+c)
a->b.c 中 -> 和 . 同為優先權1, 結合順序為 '左至右' 所以是 (a->b).c 而不是 a->(b.c)
a=b=10 中兩個 = 優先權相同, 結合順序為 '右至左' 所以是 a= (b=10), 而 b=10 的回傳值是 10, 所以 a,b 都會被設成 10 (指定運算的回傳值為等號右邊的運算結果)
a+=b-=1 中 += 和 -= 同為優先權14, 結合順序為 '右至左' 所以是 a += (b-=1)或
```
{   b=b-1;
	a=a+b;
}
```
所以如果運算式執行前 a 值為 5, b 值為 2, 則執行後 a 值 6, 為 b 值為 1.
a?b:c?d:e 中兩個 ?: 優先權相同, 結合順序為 '右至左' 所以是 a?b:(c?d:e)
a+=b<<c-d<<e 中 += 優先權14, << 優先權5, - 優先權4, 所以是 c-d 先執行. 之後兩個 << 結合順序為 '左至右' 所以是 (b<<(c-d))<<e, 最後才是 +=

註1: 請避免使用例2及例4~例6這類奇怪 (又損人不利己) 或容易搞錯的寫法, 加上括號可以淢少混淆就加上吧!

註2: 請避免在運算式中有多次使用某一變數, 但又同時更動該變數內容的寫法. 特別是 ++ 及 -- 運算子或者是優先權 14 的指定運算子, 要小心下面列出來的寫法不要用. 原因是某些動作 C 語言並未規範其執行的次序. (後果是換用不同的 C 編譯器可能產生不同執行次序的執行碼, 進而在執行時產生不同結果, 迫使移值人員必需仔細測試並追查原因, 而增加整個移植計畫的時程)

// C 未規範等號左邊 (索引) 或者右邊 (遞增) 哪一個先計算
a[i]=i++;

// C 未規範函數參數的計算次序
printf("%d %d\n", ++n, power(2, n));

執行次序

C/C++ 雖然規範了運算子的結合次序, 但大多數狀況沒有規範運算元的執行次序. 有規定的運算元計算次序的運算子只有 &&, || , ?: 和 , 等四個. 例如:

funcA() && funcB() && funcC()

上式中 funcA() 要先執行, 再來是 funcB(), 再來是 funcC(). 但如果是

funcA() + funcB() + funcC()

只會被轉譯成 (funcA() + funcB()) + funcC() 但可沒有規範 funcA(), funcB(), funcC() 三者之中哪一個需要先執行計算,哪一個後執行計算.

另外要特別注意的是 , 指的是二個 statement 以 , 串起來, 而不是呼叫函數時的參數. 例如:

for (i=0, j=0; i<len; i+=j, j+=2)

其中的 i=0, j=0 這一段 i=0 先執行, 再執行 j=0.

再來的 i+=j, j+=2這一段 i+=j 先執行, 再執行 j+=2.

有問題的寫法

以下的式子都是有問題的寫法

i = ++i + i++;     // undefined behavior
i = i++ + 1;       // undefined behavior
i = ++i + 1;       // undefined behavior (well-defined in C++11)
++ ++i;            // undefined behavior (well-defined in C++11)
f(++i, ++i);       // undefined behavior
f(i = -1, i = -1); // undefined behavior