3. Побочные эффекты и вычисления выражений

Следует учитывать, что при вычислении выражений языка Си возможно появление побочных эффектов. Побочные эффекты могут иметь различную природу. Например, имеются операторы языка Си (присваивание, инкремент и декремент), при выполнении которых изменяется значение операнда. Побочные эффекты могут иметь место при выполнении вызовов функций.

Обратимся к приведенной выше инструкции присваивания

y = a * b;

Побочный эффект здесь состоит в изменении операнда “y”, которому присваивается новое значение, равное значению выраженияa*b.

Результат вычислений, предусмотренный выражением, может использоваться двумя способами:

● в виде значения выражения,

● с помощью побочного эффекта.

Основным способом является использование значения выражения. В процессе выполнения программы выражение замещается вычисленным значением.

Операторы инкремента и декремента рассматриваются в п. 1.15.1. Там же обсуждаются и побочные эффекты при их выполнении.

Функции языка Си имеют много общего с математическими функциями. Существенное отличие функций языка Си от математических функций состоит в том, что их выполнение может сопровождаться появлением побочных эффектов. В этом отношении язык Си не является уникальным. Побочные эффекты имеют место при работе функций многих языков программирования.

Перейдем к выяснению существа рассматриваемой проблемы. Пусть имеется некоторая произвольная математическая функция y=f(x). Многократные вычисления этой функции для фиксированного значение аргументаxдают всегда один и тот же результат. Причем на этот результат не влияют вычисления других математических функций. Иначе обстоит дело при использовании функций языка Си. Для иллюстрации сказанного приведем пример, в котором используются две библиотечные функции:srand() и rand(),прототипы которых имеют следующий вид:

#include<stdlib.h> void srand(unsigned seed); int rand(void);

Функции srand() и rand() применяются для получения так называемой псевдослучайной последовательности чисел. Функция rand() выполняет основную работу по формированию такой последовательности. Для получения последовательности, состоящей из n чисел, необходимо n раз вызвать эту функцию. Функцию srand() следует предварительно вызвать для формирования каждой новой последовательности псевдослучайных чисел. Вызов этой функции используется для инициализации генератора псевдослучайных чисел. Инициализация генератора одним и тем же значением аргумента функции srand() приводит к созданию идентичных псевдослучайных последовательностей. Последовательность чисел, сгенерированная функцией rand() без инициализации генератора, идентична полученной при инициализации с помощью функции srand() со значением аргумента, равным 1. Нижеприведен программный код, с помощью которого формируются две числовые последовательности, состоящие каждая из трех чисел.

srand(10); printf("%-20s%5d", "The first series: ", rand() % 100); printf("%5d", rand() % 100); printf("%5d\n", rand() % 100); srand(50); printf("%-20s%5d", "The second series: ", rand() % 100); printf("%5d", rand() % 100); printf("%5d\n", rand() % 100);

Замечание 1. В выражении rand() % 100 используется оператор “вычисления остатка” от деления, использующий знак %. Этот оператор вычисляет остаток от деления левого операнда на правый.

Замечание 2. Текстовые литералы: “The first series ” и “The second series” выводятся с использованием выравнивания по левой границе отведенного для каждого поля шириной в 20 позиций. Для этого в спецификации им соответствующей используется модификатор минус (-). При выводе чисел используется принятое по умолчанию выравнивание по правой границе поля.

В результате выполнения этого фрагмента кода в системе программирования Dev C++ version 4 были получены две последовательности псевдослучайных чисел:

The first series: 72 99 71 The second series: 1 51 10

Анализ полученных результатов позволяет сделать следующие выводы:

● Значения, возвращаемые функцией rand(), в каждой из последовательностей зависят от аргумента, передаваемого функцииsrand().

● Функция rand()не имеет параметров. Несмотря на это при каждом ее очередном вызове возвращается новое значение.

Оба выявленных выше факта являются следствием побочных эффектов, имеющих место при выполнении рассматриваемых функций.

Побочный эффект при выполнении функции может состоять в выполнении дополнительных действий. К таким дополнительным действиям, например, может относиться вывод на экран дисплея, очистка экрана. Другим видом побочного эффекта при выполнении функции может являться изменение значений переменных, действующих в точке вызова. Рассмотрим следующий программный код.

int n; printf(“n=”); scanf(“%d”, &n);

Побочный эффект при выполнении вызова функции printf(), состоит в выводе на экран дисплея наводящего сообщения (n =), а побочный эффект при выполнении функции scanf() состоит в изменении значения переменной n.

При анализе побочных эффектов важно знать, когда они завершаются. Программные точки, в которых гарантированно заканчиваются побочные эффекты, называются точками следования (sequencepoint). Точки следования имеют место:

● в конце каждого выражения, не являющегося подвыражением,

● после вычисления первого операнда следующих операторов: “&&” (Логическое И), “||” (Логическое ИЛИ), “?: “ (Вычисление выражения по условию), “,” (оператор запятая).

● после вычисления всех параметров функции перед началом выполнения тела функции.

● в конце выражений, управляющих работой инструкций: if,switch,while,do..whileи в конце каждого из трех выражений в инструкцииfor.