Rubyの a = [1]; a[0] += a[0] += 1 という式が 3 になるのはなぜですか？

Question

インタプリタを作っていて、Rubyの言語仕様を参考にしています。
以下のRubyのコードなんですが

a = [1]
a[0] += a[0] += 1

Rubyではa[0]の結果が3になります。
この仕様はプログラミング言語全般で、一般的な仕様なんでしょうか？
私が今作っている言語は結果が4になるのですが、これは間違っていると言えますか？

文脈的な解釈としては3も4もどちらも納得できると思うのですが。
結果を3にしたほうがメリットが多いのであれば、そちらの仕様を検討したいです。

Comments

[m.ts10806]

>私が今作っている言語は結果が4になるのですが
その言語名とコードを提示してください。

>結果を3にしたほうがメリットが多いのであれば
それは要件次第です。ロジックも何かを実現するための手段の1つに過ぎません。
欲しい結果が違うならロジックを変更するまでです。書いたとおりにしか動かないので・

[退会済みユーザー]

なぜ言語名とコードが必要なんですか？
Rubyの仕様について聞いています。

[m.ts10806]

でしたら「この仕様はプログラミング言語全般で、一般的な仕様なんでしょうか？」「私が今作っている言語は結果が4になるのですが」というのはなぜ書いたのでしょうか。
実際に比較対象があるのならそこは提示して仕様を比較すべきですし、
気にならない人のほうが少ないと思うのですけど。

先のコメントに書いた通り「書いたとおりにしか動かない」ので、出ている結果が全てです。
どこまで突っ込んで仕様を知りたいのかはこの質問内容からは読み取れませんでした。
質問は編集できますので具体的に記載してください。

現状では何が問題なのかが不明です。

[Zuishin]

a[0] が元々 2 なら大抵の言語でそうなると思いますが、配列の概念と演算子とわからないのはどちらですか？
この式が何をしているのか自分で説明してみてください。そうしたら回答者はその間違っている部分を正しく把握することができます。

[hentaiman]

配列のindexが0から始まるか1から始まるかどっちがいいか？みたいな質問なので、どちらを取るか（メリットがあるか）を考えられるのは唯一思想を持っている質問者しかいない気が。

[Zuishin]

> 私が今作っている言語は結果が4になるのですが、これは間違っていると言えますか？

a[0] が元々 3 ならたいていの言語でそうなると思いますが、この質問のコードだけなら未初期化の変数の値を演算しているので、コンパイルエラーになったり、実行時エラーになったり、デフォルト値を用いたりと、言語によってもコンテクストによっても結果は様々です。

[maisumakun]

> この質問のコードだけなら未初期化の変数の値を演算しているので

えっと、どこがですか？

[maisumakun]

C++では4になりました。

https://paiza.io/projects/_mf2RX3I0V7zD58sJuZkug?language=cpp

[_._]

> a = [1]
この時点の「a[0]」は「1」
> a[0] += a[0] += 1
は「(a[0] += a[0]) += 1」
丸カッコ内の「a[0] += a[0]」は「a[0] = a[0] + a[0]」
「a[0] = a[0] + a[0]」は「a[0] = 1 + 1」だから
この時点の「a[0]」は「2」
その「a[0]」に「+= 1」すると「a[0]」は「3」になる
…そういう話とは違いますか？「4」になるのはどういう流れですか？

[maisumakun]

> a[0] += a[0] += 1
は「(a[0] += a[0]) += 1」

言語によっては代入は右結合です。 a[0] += (a[0] += 1) と解釈されます。

[_._]

すみません丸括弧は
a[0] += (a[0] += 1)
ですね
で丸括弧内で「a[0]」が「2」になっているから
左端の「a[0]」も「2」になっているはずで
だから結果は「4」ということですか？

[_._]

javascriptだと明示的にカッコを付けても「3」になりました
a = [1]
a[0] += (a[0] += 1)
a[0] //3

[Zuishin]

> えっと、どこがですか？

a[1] = 1 のように読んでしまいました。
すみません、読み間違いです。

[退会済みユーザー]

コメントありがとうございます。
C++とRubyでは文脈の解釈が違うんですね。

[Zuishin]

C# では 3 になります。
PowerShell でも 3 になりました。

読みづらいだけなので、私としてはコンパイルエラーにしてほしいですね。

Answer 1

Cだとこのあたりは規格としては未既定ですね。
gccでやると古いバージョンだと、配列要素と単純変数で違いが出ます。

#include <stdio.h>

int main(){
        int a[1];
        int b;
        a[0]=1;
        b=1;

        printf("%d\n",a[0]+=a[0]+=1);
        printf("%d\n",b+=b+=1);
}

gcc 10.1.0
4
4

gcc 4.9.4
4
4

gcc 4.4.7
3
4

いずれもオプションはデフォルト。4.4.7でも-Oを付けると、4 4に。
また、-Wallを付けるとsequence-pointの警告が出ます。
warning: operation on 'a[0]' may be undefined [-Wsequence-point]等。

どっちでも良いんじゃ無いでしょうか。あるいは、エラーにするのもありでしょう。

似た問題で、f()+g()や、h(f(),g())で、fとgのどっちが先にコールされるかとか。

Comments

[退会済みユーザー]

回答ありがとうございます。
おっしゃる通りどちらでもいいみたいなので、持ち帰って検討します。

Answer 2

Rubyにおいてa[0]といった表現はいわゆる左辺値にはなりません。そしてa[0]とa[0] = x`は実際はメソッドであり、呼ばれるメソッドが異なります。Arrayの実装がCの配列と同じような動作になるようになっているだけで、厳密な動作が異なるので違いが出ます。この動作は、他の言語(特にCライク言語)とはかなり異なります。

Rubyでの動作は次のようになります。

a[0] += a[0] += 1
# 自己代入演算子は右結合
a[0] += (a[0] += 1)
# 式1 op= 式2 は 式1 = 式1 op 式2 (||と&&の場合を除く)
a[0] = a[0] + (a[0] = a[0] + 1)
# []=も[]もただのメソッド
a[]=(0, a[](0) + (a[]=(0, a[](0) + 1))
# +もただのメソッド
a[]=(0, a[](0).+(a[]=(0, a[](0).+(1)))
# メソッドとわかるように次のような別名をつけて、表現する。
# (Rubyでこのような別名が標準であるわけではない)
# []=(x,y) set(x,y)
# [](x) get(x)
# +(x) add(x)
a.set(0, a.get(0).add(a.set(0, a.get(0).add(1))))
# 6        1      5     4        2      3     
# メソッドチェーンは左から順番に評価される。
# メソッドの引数は左から順番に評価される。
# 上は変数やリテラルといった評価がそれ以上できないところを除いての順番
a.set(0, 1.add(a.set(0, a.get(0).add(1)))) # a: [0]
a.set(0, 1.add(a.set(0, 1.add(1)))) # a: [0]
a.set(0, 1.add(a.set(0, 2))) # a: [0]
# []=は値をセットした後にその値を返す
a.set(0, 1.add(2)) # a: [2]
a.set(0, 3) # a: [2]
3 # a: [3]

しかし、例えば、C++ではa[0]は左辺値として解釈されます。そして、左辺の評価は一度のみです。
※C++は専門じゃないので、間違いがあるかも知れません。

a[0] += a[0] += 1;
a[0] += (a[0] += 1);
# [0]の左辺値表現(つまり、メモリ上の実際の場所)を<a0>とします。
# <a0>の値は現在は1です。
# そして、+=は左辺を1度だけしか評価しません。
<a0> += (a[0] += 1); # <a0>: 1
<a0> += (<a0> += 1); # <a0>: 1
# まずは、右辺を考えます。
# <a0>の値は現在1なので、右辺としか解釈されるときは1となります。
# それに1を足した物が、<a0>にセットされます。
# そして、その戻り値も左辺値です。
<a0> += <a0>; # <a0>: 2
# <a0>は右辺として解釈されるときは2になっています。
# それら二つをたすと4で、<a0>にセットされます。
<a0>; # <a0>: 4
# 右辺として式の値を決定すると。
4;

なお、+=はオーバーロードできますので、a[0]に整数ではない何かが入っている場合は、
上記の限りではないことに注意してください。

最後に、JavaScriptを見てみましょう。

JavaScriptでほa[0]は左辺値(参照)と解釈されます。しかし、右辺での右辺値(値)を求める前に、左辺の右辺値(値)を取得しています。

引用: 12.15.4 Runtime Semantics: Evaluation

1. Let lref be the result of evaluating LeftHandSideExpression.
2. Let lval be ? GetValue(lref).
3. Let rref be the result of evaluating AssignmentExpression.
4. Let rval be ? GetValue(rref).
5. Let assignmentOpText be the source text matched by AssignmentOperator.
6. Let opText be the sequence of Unicode code points associated with assignmentOpText in the following table: 【テーブルは略】
7. Let r be ApplyStringOrNumericBinaryOperator(lval, opText, rval).
8. Perform ? PutValue(lref, r).
9. Return r.

上の2.の動作で左辺値の右辺値としての値を取得しています。その後に右辺を評価しています。つまり、右辺の評価によってlrefが示す値が変更されても、すでにlvalは取得済みのため、その後に変更されることはありません。

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細かいところはさておき、上のような違いが出るのは、変数が箱なのか名札なのかのという違いだと思います。C/C++は箱ですが、RubyやJavaScriptはオブジェクトにに対する名札です。ただ、Rubyは実際はメソッドであるという多くの言語全体を見ると稀な作りなので、純粋オブジェクト指向言語を目指すと言うことがなければ、参考にしない方がいいでしょう。むしろ、かつてのPythonのように代入文しか認めない、つまり、自己代入(復号代入)も文なので、そういう書き方はできないとしたほうが良いかもしれません。(Python 3.8で、独裁者を追い出し、代入式を得ましたが…)