【C++學習筆記】04《邏輯運算與運算子》

在 C++ 中，並不是每一段合法編譯的程式碼，都會有「明確且一致的執行結果」。
為了兼顧效能、可攜性與硬體差異，C++ 語言標準將某些行為劃分為不同類型。
其中最重要、也最容易混淆的三種是：

未定義行為(Undefined Behavior,UB)
未指定行為(Unspecified Behavior)
實作定義(Implementation-defined Behavior)

理解這三者，是避免隱性錯誤與撰寫安全 C++ 程式碼的關鍵。

一、Undefined Behavior(未定義行為)
Undefined Behavior（UB） 指的是：
程式碼違反 C++ 語言規範，而語言標準完全不定義其行為結果。

一旦發生未定義行為：
◎程式可能看起來正常
◎可能產生錯誤結果
◎甚至在不同編譯器、不同最佳化設定下有完全不同的行為

常見Undefined Behavior範例
1️⃣同一運算式中，對同一變數同時修改與讀取，且沒有明確求值順序

int a = 1;
a = a++;   // Undefined Behavior

2️⃣使用未初始化的變數或指標

int x;
cout << x;   // X未定義值

3️⃣超出陣列邊界

int arr[3];
arr[3] = 10;  // UB

📌遇到UB，唯一正確的處理方式就是「避免它」，不要認為程式能跑就放過它。
二、Unspecified Behavior(未指定行為)
Unspecified Behavior指的是：
程式碼完全符合C++規範，但語言標準允許多種合法結果，並未指定實際會採用哪一種。
也就是說：

◎所有可能結果都是合法的
◎編譯器可以自由選擇
◎結果不保證一致

為什麼會有Unspecified Behavior？
我認為原因包括：

◎避免強制規定順序而影響效能
◎支援不同硬體與平台
◎給編譯器實作彈性

常見Unspecified Behavior範例
1️⃣多個運算元的求值順序

int x = f() + g();
//f()與g()哪個先呼叫是不保證的，但兩者一定都會被呼叫一次。

#include <iostream> 

using namespace std;

int f () { cout << "in f\n " ; return 3 ; } 
int g () { cout << "in g\n " ; return 4 ; }  

int sum ( int i , int j ){ return i + j ; }     
int main () { return sum ( f (), g ()); }

結果
in g
 in f

📌與Undefined Behavior(UB)的差別

◎Unspecified Behavior：結果不固定，但合法
◎Undefined Behavior：程式已違反規範

三、Implementation-defined(實作定義)
Implementation-defined指的是：
行為結果由「編譯器實作決定」，但必須在文件中明確說明。
也就是說：

◎每個編譯器都必須選擇一種行為
◎該行為在該編譯器中是固定的
◎不同編譯器之間可能不同

📌結果可預期，但不可攜。

常見Implementation-defined範例
1️⃣char是否為signed或unsigned

char c = -1;

char是signed還是unsigned，由編譯器定義。
2️⃣int的實際位元大小

sizeof(int)

標準只保證最小範圍，不保證具體位數。
實作定義的存在，我認為:

與硬體架構相關
與平台特性相關
標準無法強制統一

📌使用前確認編輯器文件即可避免。

結論:
Undefined Behavior是越界，Unspecified Behavior是不保證，Implementation-defined是不可攜。

如果你也是非本科背景，或正準備開始學習程式，希望這篇筆記能對你有所幫助。
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