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问题一：如何理解 sizeof(s = a + 2) （来源：C语言的——操作符详解——（第18篇））

news 来源：原创 2025/4/29 8:58:37

问题一、如何理解 sizeof(s = a + 2) （来源：C语言的——操作符详解——（第18篇））

(以下内容是deepseek结果：有助于基础阶段理解，后续再深入学习)

#include <stdio.h>

int main()
{
	short s = 5;
	int a = 10;
	printf("%d\n", sizeof(s = a + 2));  //结果：2   //sizeof 括号中的表达式是不参与运算的！
	printf("%d\n", s);   //结果：5
	return 0;
}

//s = a + 2 不会发生“整型提升”
//因为 s = a + 2 并没有运算

//赋值表达式 s = a + 2 是在“编译阶段”处理的

//test.c  ------------------------- test.exe
//源文件  ------------------------> 可执行程序
//编译器  ---------> 链接 --------> 运行

//sizeof(s=a+2) 在编译时，就已经处理完了

//printf("%d\n",s); 在运行阶段才处理
//s = a + 2 在编译阶段就处理完了
//printf("%d\n",sizeof(s=a+2)); 在编译阶段被处理成 printf("%d\n",2); 进入运行阶段的
//所以表达式 s = a + 2 是不会被运算的。

一、程序执行全景图

mermaid

graph TD
    A[程序启动] --> B[加载可执行文件]
    B --> C[跳转至main函数]
    C --> D[声明局部变量]
    D --> E[执行printf("%d\n", sizeof(s=a+2))]
    E --> F[执行printf("%d\n", s)]
    F --> G[return 0]
    G --> H[程序终止]

二、运行时执行细节（重点解析）

1. 程序初始化阶段

栈内存分配：

struct StackFrame {
    short s;  // 2 bytes
    int a;    // 4 bytes
    return_addr; // 8 bytes（平台相关）
};

变量初始化：
- s：直接存储5（0x05）
- a：直接存储10（0xA）

2. 第一个printf的执行流程

printf("%d\n", sizeof(s = a + 2));

编译时处理（已转化为）：
```
printf("%d\n", sizeof(short)); 
```

运行时机器码：

asm

mov eax, 2          ; sizeof(short)=2
push eax             ; 参数压栈
mov edi, fmt_str     ; "%d\n"地址
call printf          ; 调用函数
add esp, 8          ; 清理栈

关键点：
- 完全没有执行s = a + 2的机器码
- 直接将类型大小2作为参数

3. 第二个printf的执行流程

printf("%d\n", s);

运行时机器码：

asm

mov eax, s          ; 加载s的值5
push eax             ; 参数压栈
mov edi, fmt_str     ; "%d\n"地址
call printf          ; 调用函数
add esp, 8          ; 清理栈

变量状态：
- s仍为初始化值5
- a仍为10（未被修改）

三、编译阶段深度解析

1. 语法树变换

原始表达式：
```
sizeof(s = a + 2)
```
编译器处理步骤：
1. 类型推断：
  - a的类型为int，2的类型为int
  - a + 2的类型为int
  - 赋值目标s的类型为short
  - 整个表达式类型为short &（左值引用）
2. 常量折叠：
  - 计算sizeof(short) → 2
3. 死代码消除：
  - 删除s = a + 2的赋值操作

2. 生成的中间表示（IR）

llvm

; sizeof(s = a + 2) 的编译器优化后表示
%0 = alloca i16, align 2        ; s的栈分配（未使用）
%1 = alloca i32, align 4         ; a的栈分配（未使用）
%size = call i32 @sizeof(i16)     ; 直接计算sizeof(short)
call void @printf(i8*..., i32 %size)

关键观察：
- 完全没有与s = a + 2相关的指令
- alloca分配的栈空间未被使用（优化器可能直接删除）

四、标准条款与编译器行为

1. C11标准关键条款

**§6.7.7 The sizeof operator**：

The sizeof operator yields the size (in bytes) of the object representation of the type of its operand.
（sizeof运算符返回其操作数类型的对象表示的大小（以字节为单位）。）
**§6.7.6 Assignment operators**：

An assignment operator shall have an lvalue as its left operand.
（赋值运算符的左操作数必须是一个左值。）

2. 编译器行为规范

GCC编译器：

// -O0（无优化）下仍然会删除未使用的赋值
warning: statement with no effect [-Wunused-value]

Clang编译器：

// -Wall下给出警告
warning: expression result unused [-Wunused-value]

五、扩展案例对比分析

案例1：带副作用的sizeof

int *p = NULL;
sizeof(p = malloc(100)); // 返回8（指针大小），p仍为NULL

编译器处理：
- 分析表达式类型int * &（指针的左值引用）
- 计算sizeof(int *) → 8
- 保留malloc(100)的调用（副作用可能被使用）

案例2：条件编译中的sizeof

if (sizeof(s = a + 2)) { 
    // 此时s会被赋值！
    // 因为条件表达式需要求值副作用
}

编译器处理：
- 必须执行s = a + 2以确定条件真假
- 此时s的值变为12（10 + 2）

六、最终执行时序表

程序计数器（PC）	操作	寄存器/内存变化
0x1000	main函数入口	RIP=0x1000
0x1004	alloc stack space for s/a	SP=0x1000-0x18
0x1008	mov word [s], 5	s=5
0x100C	mov dword [a], 10	a=10
0x1010	mov eax, 2	准备sizeof结果
0x1012	push eax	栈压入2
0x1014	lea rdi, [fmt_str]	RDI指向"%d\n"
0x1018	call printf	输出2
0x101D	add rsp, 8	清理栈
0x1020	mov eax, [s]	加载s的值5
0x1023	push eax	栈压入5
0x1025	lea rdi, [fmt_str]	RDI再次指向"%d\n"
0x1028	call printf	输出5
0x102D	mov eax, 0	return 0
0x1032	ret	程序终止

总结

编译时与运行时的严格分离：
- sizeof的参数类型在编译时确定
- 实际赋值操作s = a + 2属于运行时行为，但在此处被编译器优化消除
表达式求值的本质区别：
- 语法分析阶段：确定表达式类型（short &）
- 语义分析阶段：检查类型兼容性（int → short隐式转换）
- 优化阶段：删除未使用的副作用（s = a + 2的赋值）
内存操作的可视化：
- 栈帧布局明确显示局部变量分配
- 没有修改s的存储位置（0x1008处的初始化后未被覆盖）
标准与实现的完美统一：
- 编译器行为严格符合C11标准规定
- 警告信息提示未使用值的编程实践问题