++i + ++i

int i = 5; i = ++i + ++i; — типичный код-майндфак для программистов.

Строгое описание происходящего

В данном примере происходит неоднократное изменение переменной в пределах одной точки следования, такая ситуация описывается в стандартах C и С++ как UB. Иными словами, даже попытки ответить на этот вопрос иначе как «UB» демонстрируют недостаточную квалификацию отвечающего. Другое дело, что после «UB» можно указать некоторые подробности, и мы этим займёмся, поскольку не утоленное вовремя любопытство приводит к драмам в обсуждении.

Конкретно неопределённость в этой, как некоторым кажется, кристально ясной конструкции в данном случае заключается в том, что, согласно стандартам С и С++, побочные эффекты (то есть инкремент в данном случае) могут быть применены в любой удобный для компилятора момент между двумя точками следования. Конструкцию i = ++i + ++i; компилятор вправе понять и как

tmp=i; tmp++; i = tmp; tmp++; i += tmp;

и как

tmp=i; tmp++; tmp++; i = tmp + tmp;

и какими-нибудь другими способами. Нужна такая свобода для проведения низкоуровневых оптимизаций в обычных случаях типа a = ++b + ++c;, дабы между делом сэкономить пару тактов на халяву.

Хотя, оптимизатор тут вообще не при чём. Дело в том, что наше интуитивное понимание работы этого кода основывается на том, что прединкремент возвращает значение, получившееся после прибавления единицы. На самом же деле любой нормальный прединкремент возвращает не получившееся значение, а ссылку на эту же переменную. Поэтому мы складываем не числа, а две одинаковые ссылки, то есть переменную i саму с собой! Иными словами происходит буквально следующее:

1. Левый ++i прибавляет единицу к i и возвращает ссылку на неё. i = 6.
2. Правый ++i прибавляет ещё одну единицу к i и также возвращает ссылку на неё. i = 7.
3. Оператор сложения разыменовывает ссылки, получая i = i + i. Так как после второго шага i = 7, то извлекается именно это число, давая выражение i = 7 + 7, откуда и получается 14.

Нельзя, но если всё-таки сделаем?

Почему нельзя, мы уже видели (даже наиболее «альтернативно одаренные» не возьмутся оспаривать, что это ведет ко глюку). Однако всякий пытливый ум, несомненно, изучит этот глюк в поисках того, как именно может сглючить данный код, в какую сторону стандарты языка допускают маневры компилятора, а в какую — таки нет.

Варианты «правильного» ответа колеблются между 13 и 14, хотя на LISPе (пруф) анонимусы вроде как получили 12, 13 (пруф), а на Питоне вообще 10 (поскольку там вообще нет оператора инкремента «++»). Результат зависит от последовательности операций. Там, где результат 13, сначала вычисляется первый инкремент, на место первого операнда идёт 6, вычисляется второй инкремент, туда идет 7, и результаты складываются: 6+7=13. 14 можно получить, вычислив оба инкремента, а потом уже сумму. Таким образом, этот трюк хорошо использовать для ошеломления быдлокодеров, уверенных в непогрешимости своего уютненького язычка.

Вообще, по определению предынкремент выполняется до вычисления выражения. Если считать ++i + ++i одним выражением, то мы должны выполнить два инкремента, потом вычислить выражение и получить 14. Если считать каждый ++i выражением, а сумму — выражением, принимающим результаты других выражений как аргументы, то, с точки зрения логики и математики, ничего таки не изменится, а вот компилятор, вычислив одно слагаемое (имеет право — самостоятельное выражение ведь!), упустит тот момент, что при вычислении второго такого же самостийного слагаемого первое тоже, сцуко, подло изменилось. Указать синтаксисом, где начинается и заканчивается выражение, невозможно — скобки задают приоритет внутри выражения. «Выражение» — другая инстанция. Например, в А=(В=С+14) есть выражение С+14, результат которого присваивается В, причем присваивание — тоже является выражением, и его результат присваивается А. И никакие скобки не могут побудить ЭТО стать одним выражением. Разъединить выражение, напротив, можно: (a=++i) + (b=++i), что напрямую задает вычисление a, вычисление b и только потом вычисление суммы a+b. Это, теоретически, должно детерминировать значение a+b как 13 (если компилятор настолько строго выдерживает формальные определения языка), но зато содержит UB относительно значений a и b, поскольку оптимизировать порядок вычисления a и b компилятору никто не запрещает (см. точки следования). Очевидно, что значение (a=++i) / (b=++i) по этой причине вообще не детерминировано.

Оно на башорге

Исходная цитата

KoloDen

Привет, я общительный пацан, люблю поболтать, особенно с классными девченками. Но, чтобы поговорить со мной, ответьте на простую задачку анти-спам бота. Вот она:
int i = 5;
i = ++i + ++i;
Вопрос: Чему равно i?

Stefmania 14

KoloDen Гы. Признайся, ты не девченка, а 40-летний одмин, да?

Последствия

11 мая 2007 года случилось страшное — была заапрувлена вышеприведенная цитата. С тех пор разнокалиберные программисты потеряли покой и сон. Дело в том, что в зависимости от используемого языка программирования данное выражение может давать и 13, и 12, и еще больше 9000 вариантов ответа.

Вот одно из множества обсуждений

Anhen, 11.05.2007 14:03:27:
KoloDen
Привет, я общительный пацан, люблю поболтать, особенно с классными девченками. Но, чтобы поговорить со мной, ответьте на простую задачку анти-спам бота. Вот она:
int i = 5;
i = ++i + ++i;
Вопрос: Чему равно i?

Stefmania
14

KoloDen
Гы. Признайся, ты не девченка, а 40-летний хрен одмин, да?

DarkMist, 14:03:54:
хм 8-)

Anhen, 14:06:01:
что хм?
13 или 14?

DarkMist, 14:06:32:
бля я завис.
то что 14 это точно
а вот почему я не могу понять

Anhen, 14:07:43:
тогда откуда ты знаешь что точно 14?

DarkMist, 14:09:18:
бля 8-)
я понял

DarkMist, 14:09:26:
сцуко, хитро 8-)

Anhen, 14:09:27:
ну?

Anhen, 14:09:48:
ну?!?!

DarkMist, 14:09:48:
откуда знаю что 14:
perl -e "$i = 5; $i = ++$i + ++$i; print $i"

DarkMist, 14:10:08:
почему 14:
пришлось открывать вижи и смотреть асмовый код

Anhen, 14:10:12:
и?

DarkMist, 14:11:39:
когда вычисляется выражение, сначала вычисляются его операнды
но оператор ++i - это не i + 1, а i += 1
то есть сначала к i прибавляется 1, потом к i еще раз прибавляется единица а потом к i прибавляется i получается 7+7, то есть 14

Anhen, 14:12:33:
черт
красиво!

Anhen, 14:13:32:
а вот в пхп 13

DarkMist, 14:39:02:
пхп сосет 8-)

Anhen, 14:39:21:
пхп логичен

DarkMist, 14:40:06:
в данном случае - правильный ответ 14, он согласуется с логикой, а вот 13 — нет

Anhen, 14:40:39:
имхо 13 логичнее
(5+1) + (5+1)+1

DarkMist, 14:48:04:
еще раз.
++i это не i + 1
это так же логично как обман зрения. только здесь не обман зрения, а инерция мышления

Anhen, 14:49:24:
i += 1 это i = i+1

DarkMist, 14:50:10:
да

DarkMist, 14:51:22:
исходный statement выглядит так:
i = ( i += 1, i ) + ( i += 1, i )
в этом случае все смотриться логично, aren't you?

Anhen, 14:58:45:
я остановила работу всего джавского отдела

Anhen, 14:58:52:
сидят пытаются получить 14

DarkMist, 15:00:27:
на жабе шо ле 8-)?

Anhen, 15:00:59:
ага

Anhen, 15:01:07:
у них 13

Anhen, 15:01:13:
и куча теорий

Anhen, 15:02:28:
не знаю, наша контора считает что логика на стороне 13

Anhen, 15:07:09:
на флексе 13
подключились дельфисты :))))))

Anhen, 15:07:20:
бугага
башорг зло

Anhen, 15:08:49:
и в сишарпе 13

Anhen, 15:09:13:
а у дельфистов нет инкрементов

DarkMist, 15:21:28:
на перле и c++ 14. все остальное от лукавого 8-)

Anhen, 15:22:04:
мои коллеги просили передать, что ты сволочь и башорг твой блядский тоже
цытата

DarkMist, 15:23:52:
8-)))

— http://darky2000.livejournal.com/72865.html

Реализации

C и С++

Демонстрация прекрасной портабельности исходников между компиляторами

В этих языках может получиться и 13, и 14, и вообще чёрт-те-что. Разные компиляторы С++ выдают 13 и 14. Это пример неопределённого поведения. Неопределённое поведение — самый типичный для этих языков способ выстрелить себе в ногу.

Более того, один и тот же компилятор может выдавать разные значения в зависимости от опций оптимизатора. Некоторые об этой фигне еще и предупреждают, например gcc -Wall выдает warning: operation on ‘i’ may be undefined.

Даже в одной и той же программе может получаться разный результат:

int i=5,j=5;
i=++i+ ++i;
printf("i=%i  j=%i" ,i,++j+ ++j); //Вывод: i=14  j=13

Вот описанный майндфак в квадрате на плюсах:

int i = 0; int z = ++i + ++i + ++i + ++i;

Java

В Java получается 13 (первый пре-инкремент увеличивает i на 1 и возвращает 6, второй пре-инкремент увеличивает i на 1 и возвращает 7), и данное поведение жёстко определено, так как в спецификации языка чётко описан порядок вычисления (не путать с приоритетом операторов).

C#

Как истинный клон Джавы, даёт нам результат с числом 13.

Objective-C

Компилятор «clang», который является де-факто стандартом (а других просто нет), предупреждает о Multiple unsequenced modifications to 'i', но исправно возвращает 13.

awk

Awk, как и Жаба, выдаёт 13:

awk 'BEGIN { i=5;j=5;i=++i+ ++i; print i, ++j+ ++j}'

13 13

ActionScript 3.0

var test:int = 5;
trace(++test + ++test);//13
test = 5;
trace(test++ + test++);//11

ActionScript 2.0

i=5; trace(++i + ++i);	//13
i=5; trace(i++ + i++);	//11

Perl

Perl выдает 14:

my $i = 5;
$i = ++$i + ++$i;
print $i;

Pawn

main()
{
	new i = 5, j = 5;
	i = ++i + ++i;
	
	printf "%d %d", i, ++j + ++j;
}

Вывод: 13 13

PHP

PHP выдаёт 13:

$i = 5;
$i = ++$i + ++$i;
echo $i;

JavaScript

JavaScript в V8 выдаёт 13:

i = 5
i = ++i + ++i
document.write(i)

Bash

GNU bash 4.1.5 тоже выдаёт 13:

~$ i=5; echo $((++i + ++i))
13

Fortran 90

Ожидаемое 13 (а эти товарисчи и инкремент написать нормально не могут)

    program mindfuck  
    integer i  
    i = 5  
    i = INC (i) + INC (i)  
    print *,i  
    contains  
    integer function INC (i) 
    integer,intent(inout)::i 
            i=i+1
            INC = i  
    end function INC  
    end program mindfuck  

Common Lisp

CLISP 2.49 возвращает 13, поведение определено в спецификации.

[1]> (defvar i 5)
I
[2]> (+ (incf i) (incf i))
13

Python

Python выдаёт 10, в нем нет инкремента в таком виде:

i = 5
i = ++i + ++i
print i

Но при этом, если реализовать инкремент самим, будет 13:

class Foo:
    def __init__(self, num):
        self.num = num

    def inc(self):
        self.num += 1
        return self.num

i = Foo(5)
print(i.inc() + i.inc())

Это потому, что интерпретатор вычисляет все по порядку.

Но если чуток подумать и довести все до логического ума, то все таки 14

class Foo:
    def __init__(self, num):
        self.num = num
 
    def inc(self):
        self.num += 1
        return self
    
    def __add__(self, right):
        return Foo(self.num + right.num)
    
    def __repr__(self):
        return repr(self.num)
 
i = Foo(5)
print(i.inc() + i.inc())

VB

Visual Basic выдаёт 10 тоже:

i = 5
i = ++i + ++i
log.WriteLine("i = " & i)

Powershell

Powershell выдаёт 13:

$i=5
$i=++$i + ++$i
Write-Host $i

Rexx

Rexx выдаёт 10

i=5          
i=++i + ++i    
SAY i          

Delphi

В Delphi нельзя присвоить значение результата инкремента, потому что инкремент — не функция, но процедура, посему сия операция будет несовместима по типу, и компилятор откажется собирать программу, ругнувшись [Error] Incompatible types: 'Integer' and 'procedure, untyped pointer or untyped parameter'. Однако, если реализовать инкремент как функцию, чтоб она работала именно так, как надо (изменяя переменную, от которой запускается), выдаст 13:

function MyInc(var i: integer): integer;
begin
  inc(i);
  Result:=i;
end;

begin
  i:=5;
  i:=MyInc(i)+MyInc(i);
  Writeln(i); Readln
end.

Хм… Я понял, почему 13! Попробуй изменить 5 на 4, получишь 11. Тут дело в том, что после первой функции инкремента, переменной i присваивается значение i+1, то есть если i будет в начале равна 3, то после первой функции она будет равна четырём, а новое присвоение значений будет выполнено только после выполнения всех функций, в итоге:

function MyInc(var i: integer): integer;
begin
  inc(i);
  Result:=i;
end;

begin
  i:=5
  i:=MyInc(i){Теперь i=6}+MyInc(i){А теперь i=7};// i:= 6 + 7;
  Writeln(i); Readln // i= 13;
end;

Pascal

На Паскале выдается 10.

var i:integer;{Обьявляем переменную}
begin {Начало}
i:=5;{Присвоим 5}
i:=++i+++i;{++}
Writeln(i);{Пишем}
End.

На самом деле

в Паскале нет оператора «++», но есть два оператора «+» (как в математике): бинарный (например, 2+2) и унарный (например, +2). Итого получается: «+i» — это «+5», т. е. то же 5; «++i» — это «+(+5)» — ну, если мы очень настаиваем, чтобы у 5 ни в коем случае не меняли знак, почему бы и нет? В итоге, команда математически превращается в «+(+5)+(+(+5))=10»

Развитие идеи

Утверждается, что есть люди, которым приведённого выражения недостаточно для полной потери церебральной девственности. Такие люди могут захотеть отступить от классики и изучить вопрос последствий выражения

Not Safe For Work Sanity

int i = 0; i += i++ + ++i

K&R определил «+=» как разновидность именно оператора присваивания, а не краткую форму записи «i=i+…», то есть к инстанции «выражение» относится всё, что справа от «+=». Поэтому «+=» можно не бояться, так как предынкремент вычисляется до значения выражения, затем вычисляется выражение, затем — сразу же и никак иначе — постинкремент, а потом уже мы покидаем инстанцию данного выражения и используем его результат по назначению (в данном случае — для операции «+=»). А вот само выражение по-прежнему UB, потому что разные варианты разбиения его на отдельные инстанции самостоятельных выражений опять по той же схеме дают разные значения.

А ещё можно сделать так:

static int i = i++ + ++i; 

Результат — 2 или 1, но хуй кто поймёт.

А с помощью Free Pascal Compiler дельфисты могут присоединиться к толпам любителей инкрементов.

Не получится. Все эти ваши плюсы в строке fpc воспринимает как обычный унарный плюс. Бинарная операция сложения тут ровно одна, в итоге при попытке записать си-подобный вариант

program increment_ub;
var i : Integer;
begin
        i := 5;
        i := ++i + ++i;
        WriteLn(i);
end.

результат ожидаемо оказывается 10.

А если переопределить стандартную процедуру inc() следующим образом:

function inc(i:word):word;
begin
system.inc(i);
inc:=i;
end;

то получим 12. Потому что, в отличие от «++i», аргумент не изменяется. А вот если перед параметром поставить ключевое слово «var», то результат будет 13.