C&Python：表达式的求值顺序（evaluation order）

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C中表达式的求值

        C语言针对表达式的计算，设置了操作符的优先级和结合性这两个特性，优先级用于解析不同优先级的符号，结合性用于解析相同优先级的符号。但是这两个特性并不能完全确定表达式的计算顺序，这就给编译器留下了一定的优化的空间，下面举例说明这一点。假设有如下所示的简单表达式。

例1
1 + 2 + 3

        C语言编译器在语法分析时会构建一个语法分析树，类似图1所示的二叉树结构。

图1 语法分析树

        在图1中，1+2整体作为一个子表达式成为了+操作符的左操作数，这是操作符的结合性导致的结果。这个语法分析树保证了，3和1+2会在根节点"+"前求值，1和2会在"+"的左子节点"+"前求值。但是，这并没有保证3和1+2的求值顺序，也没有保证1和2的求值顺序，具体地来说编译器可能选择先对3求值，随后对1+2求值，在对1+2求值时，先对2求值，再对1求值；也可能选择先对1+2求值，在对1+2求值时，先对1求值，再对2求值，最后对3求值....还有其他情况。

        这看似对最终表达式结果并没有什么影响（不管哪种求值顺序，结果都是6），但如果将简单的操作数换成函数调用，则会出现不同的情况，如下例所示。

例2
func1()+func2()+func3()
 
int func1()
{
    printf("This is func1.\n");
    return 1; 
}
 
int func2()
{
    printf("This is func2.\n");
    return 2; 
}
 
int func3()
{
    printf("This is func3.\n");
    return 3; 
}

        在这个例子中，三个函数的执行顺序是不确定的，可能是func1、func2、func3，可能是func2、func1、func3，可能是func3、func1、func2，可能是func3、func2、func1。这就导致了printf语句的执行也是不确定的。 

        下面再看一个更复杂的例子。

例3
1 + 2 * 3

        在这个例子中，由于"*"的优先级大于"+"， 2*3整体作为子表达式会成为"+"的右操作数。解析得到的语法分析树如下图2所示。

图2 语法分析树

        在这个例子中，2与3的乘法毫无疑问是会在与1的加法前进行的，但是对1、2、3的求值顺序是不确定的，可能是先对1求值，随后对2*3求值，在对2*3求值时，先对2求值，再对3求值；可能是先对2*3求值，在对2*3求值时，先对3求值，再对2求值，最后对1求值...还有其他情况。

        在这个简单的例子里，不同的求值顺序对结果没有影响，但如果将1、2、3换成func1、func2、func3，分析是类似的，即三个函数的执行顺序是不确定的（至少是不完全确定的）。

Python中表达式的求值

         Python中规定了表达式的求值顺序是从左到右的。就拿上面的例1举例，1+2子表达式一定在3之前求值，而1一定在2之前求值。用数据结构的语言来说，Python保证了在一个语法分析树中，表达式的求值是后序遍历的，即先求值左子节点，后求值右子节点，最后根据操作符求值整个表达式。下面来看一个例子。

例4
func1 + func2 * (func3 - func4)

        根据运算符的优先级，这个表达式被解析为图3所示的语法分析树。

图3 语法分析树 

        根据后序遍历的定义，这四个函数的执行顺序为：func1、func2、func3、func4。详细说就是，"+"的左操作数func1一定会在右操作数func2 * (func3 - func4)前求值；"*"的左操作数func2一定会在右操作数(func3 - func4)前求值；"-"的左操作数func3一定会在右操作数func4前求值。

        不止是针对表达式的求值，在Python中表达式列表的求值顺序也是确定的。表达式列表的定义如下所示，即为多个由","分隔的表达式，在函数调用、多变量赋值、函数返回中都有运用。

expression_list ::=  expression ("," expression)* [","]

        在如下例的函数调用中，求值的顺序是func1、func2、func3、func4、func5，其中func1也可以被求值，前提函数func1的返回值是一个函数名。

例5
func1(func2, func3, func4, func5)

        在如下例的多变量赋值中，求值的顺序是func1、func2、func3。

a, b, c = func1(), func2(), func3()

        在如下例的函数返回中，求值的顺序是func1、func2、func3.

return func1(), func2(), func3()

         实际上，后两种情况下，表达式列表在被求值后会变成一个包含各表达式求值结果元组，在多变量赋值操作中，元组内的各个元素被赋值给对应的目标变量；在函数返回中，return语句返回一个元组。