La evaluación de cortocircuito , evaluación mínima o evaluación McCarthy (en honor a John McCarthy ) es la semántica de algunos operadores booleanos en algunos lenguajes de programación en los que el segundo argumento se ejecuta o evalúa solo si el primer argumento no es suficiente para determinar el valor del expresión: cuando el primer argumento de la ANDfunción se evalúa como false, el valor general debe ser false; y cuando el primer argumento de la ORfunción se evalúa como true, el valor general debe ser true.
En lenguajes de programación con evaluación diferida ( Lisp , Perl , Haskell ), los operadores booleanos habituales provocan un cortocircuito. En otros ( Ada , Java , Delphi ), están disponibles operadores booleanos estándar y de cortocircuito. Para algunas operaciones booleanas, como exclusiva o (XOR), es imposible realizar un cortocircuito, porque siempre se necesitan ambos operandos para determinar un resultado.
Los operadores de cortocircuito son, en efecto, estructuras de control más que simples operadores aritméticos, ya que no son estrictos . En términos de lenguaje imperativo (notablemente C y C++ ), donde los efectos secundarios son importantes, los operadores de cortocircuito introducen un punto de secuencia : evalúan completamente el primer argumento, incluidos los efectos secundarios , antes (opcionalmente) de procesar el segundo argumento. ALGOL 68 utilizó procedimientos para lograr operadores y procedimientos de cortocircuito definidos por el usuario .
El uso de operadores de cortocircuito ha sido criticado por ser problemático:
Los conectivos condicionales (“ cand ” y “ cor ” para abreviar) son... menos inocentes de lo que podrían parecer a primera vista. Por ejemplo, cor no se distribuye sobre cand : compare
- (A y B) cor C con (A y B) y (B y C);
en el caso ¬A ∧ C , la segunda expresión requiere que B esté definida, la primera no. Debido a que los conectivos condicionales complican el razonamiento formal sobre los programas, es mejor evitarlos.
— Edsger W. Dijkstra [1]
En cualquier lenguaje de programación que implemente la evaluación de cortocircuito, la expresión es equivalente a la expresión condicional y la expresión es equivalente a . En cualquier caso, x sólo se evalúa una vez.x and y if x then y else xx or yif x then x else y
La definición generalizada anterior se adapta a lenguajes de tipo flexible que tienen más de dos valores de verdad True y False, donde los operadores de cortocircuito pueden devolver la última subexpresión evaluada. Esto se denomina "último valor" en la siguiente tabla. Para un lenguaje estrictamente tipado, la expresión se simplifica a y respectivamente para el caso booleano.if x then y else falseif x then true else y
Aunque ANDtiene prioridad en ORmuchos idiomas, esta no es una propiedad universal de la evaluación de cortocircuito. Un ejemplo de dos operadores que tienen la misma prioridad y son asociativos por izquierda entre sí es la sintaxis de la lista de comandos del shell POSIX . [2] : §2.9.3
El siguiente evaluador simple de izquierda a derecha impone una precedencia de ANDover ORpor a continue:
función evaluación-cortocircuito ( operadores , valores ) let resultado := Verdadero para cada ( op , val ) en ( operadores , valores ): si op = "Y" && resultado = Falso continuar si no op = "O" && resultado = Resultado devuelto verdadero resultado de lo contrario : = resultado devuelto val
La lógica de cortocircuito, con o sin efectos secundarios, se ha formalizado basándose en el condicional de Hoare . Un resultado es que se pueden definir operadores que no provocan cortocircuitos a partir de la lógica de cortocircuito para que tengan la misma secuencia de evaluación. [3]
Al observar la siguiente tabla, tenga en cuenta que los operadores bit a bit a menudo no se comportan exactamente como operadores lógicos, incluso si ambos argumentos son de tipo booleano o 0.1
Ejemplos:
false: (true & true) === (true && true), (false | false) === (false || false), (1 & 2) === (1 && 2).false: (true & true) === (true && true), (0 | 0) === (0 || 0), (1 & 2) === (1 && 2).boolo toman solo los valores 0o 1. [4]&&y ||están ansiosos y pueden devolver cualquier tipo.static ify static assert. Las expresiones en inicializadores estáticos o constantes manifiestas utilizan una evaluación entusiasta.and:sea un bloque (p. ej., false and: [Transcript show: 'Wont see me']).ANDse ORutiliza evaluación de cortocircuito y no define los operadores AND_THENy OR_ELSE. Las entradas de la tabla muestran cómo funciona Beckhoff TwinCAT®.Ejemplo habitual, utilizando un lenguaje basado en C :
int denominación = 0 ; if ( denom != 0 && num / denom ) { ... // garantiza que el cálculo de num/denom nunca resulte en un error de división por cero } Considere el siguiente ejemplo:
int a = 0 ; if ( a != 0 && mifunc ( b )) { hacer_algo (); } En este ejemplo, la evaluación de cortocircuito garantiza que myfunc(b)nunca se llame. Esto se debe a que a != 0su evaluación es falsa . Esta característica permite dos construcciones de programación útiles.
Ambos se ilustran en el siguiente fragmento de C, donde una evaluación mínima evita tanto la desreferencia del puntero nulo como el exceso de recuperación de memoria:
bool is_first_char_valid_alpha_unsafe ( const char * p ) { return isalpha ( p [ 0 ]); // SEGFAULT muy posible con p == NULL } bool is_first_char_valid_alpha ( const char * p ) { return p != NULL && isalpha ( p [ 0 ]); // 1) no se ejecuta isalpha() innecesaria con p == NULL, 2) no hay riesgo SEGFAULT } Dado que la evaluación mínima es parte de la definición semántica de un operador y no una optimización opcional , varios modismos de codificación se basan en ella como una construcción condicional sucinta. Ejemplos incluyen:
alguna_condición o morir ; # Cancelar la ejecución si alguna_condición es falsa alguna_condición y muere ; # Cancelar la ejecución si alguna_condición es verdadera Modismos de shell POSIX : [13]
modprobe -q algún_módulo && echo "algún_módulo instalado" || echo "algún_módulo no instalado" Este modismo supone que echono puede fallar.
A pesar de estos beneficios, una evaluación mínima puede causar problemas a los programadores que no se dan cuenta (u olvidan) lo que está sucediendo. Por ejemplo, en el código
if ( expresiónA && mifunc ( b )) { hacer_algo (); } Si myfunc(b)se supone que debe realizar alguna operación requerida independientemente de si do_something()se ejecuta, como asignar recursos del sistema, y expressionAse evalúa como falsa, entonces myfunc(b)no se ejecutará, lo que podría causar problemas. Algunos lenguajes de programación, como Java , tienen dos operadores, uno que emplea una evaluación mínima y otro que no, para evitar este problema.
Los problemas con declaraciones de efectos secundarios no realizadas se pueden resolver fácilmente con un estilo de programación adecuado, es decir, sin utilizar efectos secundarios en declaraciones booleanas, ya que el uso de valores con efectos secundarios en las evaluaciones tiende a hacer que el código sea opaco y propenso a errores. [14]
Los cortocircuitos pueden provocar errores en la predicción de ramas en las unidades centrales de procesamiento (CPU) modernas y reducir drásticamente el rendimiento. Un ejemplo notable es el código de intersección de cuadros alineados con ejes altamente optimizado en el trazado de rayos . [ se necesita aclaración ] Algunos compiladores pueden detectar estos casos y emitir código más rápido, pero la semántica del lenguaje de programación puede limitar dichas optimizaciones. [ cita necesaria ]
Un ejemplo de un compilador que no puede optimizar para tal caso es la máquina virtual (VM) Hotspot de Java a partir de 2012. [15]