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高质量C++/C编程指南-第4章-表达式和基本语句

时间:2007-05-06 林锐

读者可能怀疑:连if、for、while、goto、switch这样简单的东西也要探讨编程风格,是不是小题大做?

我真的发觉很多程序员用隐含错误的方式写表达式和基本语句,我自己也犯过类似的错误。

表达式和语句都属于C++/C的短语结构语法。它们看似简单,但使用时隐患比较多。

本章归纳了正确使用表达式和语句的一些规则与建议。

4.1 运算符的优先级

C++/C语言的运算符有数十个,运算符的优先级与结合律如表4-1所示。注意一元运算符 + - * 的优先级高于对应的二元运算符。

优先级
运算符
结合律
 
 
 
 
 
 
 
( ) [ ] -> .
从左至右
! ~ ++ -- (类型) sizeof
+ - * &
从右至左
 
* / %
从左至右
+ -
从左至右
<< >>
从左至右
<   <=   > >=
从左至右
== !=
从左至右
&
从左至右
^
从左至右
|
从左至右
&&
从左至右
||
从右至左
?:
从右至左
= += -= *= /= %= &= ^=
|= <<= >>=
从左至右

4-1 运算符的优先级与结合律

l         【规则4-1-1】如果代码行中的运算符比较多,用括号确定表达式的操作顺序,避免使用默认的优先级。
由于将表4-1熟记是比较困难的,为了防止产生歧义并提高可读性,应当用括号确定表达式的操作顺序。例如:
word = (high << 8) | low
if ((a | b) && (a & c))  
4.2 复合表达式
如 a = b = c = 0这样的表达式称为复合表达式。允许复合表达式存在的理由是:(1)书写简洁;(2)可以提高编译效率。但要防止滥用复合表达式。
 
l         【规则4-2-1不要编写太复杂的复合表达式。
例如:
      i = a >= b && c < d && c + f <= g + h ;   // 复合表达式过于复杂
 
l         【规则4-2-2不要有多用途的复合表达式。
例如:
d = (a = b + c) + r ;
该表达式既求a值又求d值。应该拆分为两个独立的语句:
a = b + c;
d = a + r;
 
l         【规则4-2-3不要把程序中的复合表达式与“真正的数学表达式”混淆。
例如: 
if (a < b < c)            // a < b < c是数学表达式而不是程序表达式
并不表示      
if ((a<b) && (b<c))
而是成了令人费解的
if ( (a<b)<c )
4.3 if 语句
    if语句是C++/C语言中最简单、最常用的语句,然而很多程序员用隐含错误的方式写if语句。本节以“与零值比较”为例,展开讨论。
 
4.3.1 布尔变量与零值比较
l         【规则4-3-1不可将布尔变量直接与TRUE、FALSE或者1、0进行比较。
根据布尔类型的语义,零值为“假”(记为FALSE),任何非零值都是“真”(记为TRUE)。TRUE的值究竟是什么并没有统一的标准。例如Visual C++ 将TRUE定义为1,而Visual Basic则将TRUE定义为-1。
假设布尔变量名字为flag,它与零值比较的标准if语句如下:
if (flag)    // 表示flag为真
if (!flag)    // 表示flag为假
其它的用法都属于不良风格,例如:
    if (flag == TRUE)  
    if (flag == 1 )    
    if (flag == FALSE)  
    if (flag == 0)    
 
4.3.2 整型变量与零值比较
l         【规则4-3-2应当将整型变量用“==”或“!=”直接与0比较
    假设整型变量的名字为value,它与零值比较的标准if语句如下:
if (value == 0)  
if (value != 0)
不可模仿布尔变量的风格而写成
if (value)    // 会让人误解 value是布尔变量
if (!value)
 
4.3.3 浮点变量与零值比较
l         【规则4-3-3不可将浮点变量用“==”或“!=”与任何数字比较
    千万要留意,无论是float还是double类型的变量,都有精度限制。所以一定要避免将浮点变量用“==”或“!=”与数字比较,应该设法转化成“>=”或“<=”形式。
    假设浮点变量的名字为x,应当将  
if (x == 0.0)     // 隐含错误的比较
转化为
if ((x>=-EPSINON) && (x<=EPSINON))
其中EPSINON是允许的误差(即精度)。
 
4.3.4 指针变量与零值比较
l         【规则4-3-4应当将指针变量用“==”或“!=”与NULL比较
    指针变量的零值是“空”(记为NULL)。尽管NULL的值与0相同,但是两者意义不同。假设指针变量的名字为p,它与零值比较的标准if语句如下:
        if (p == NULL)    // p与NULL显式比较,强调p是指针变量
        if (p != NULL)
不要写成
        if (p == 0)  // 容易让人误解p是整型变量
        if (p != 0)    
    或者
if (p)            // 容易让人误解p是布尔变量
    if (!p)           
 
4.3.5 对if语句的补充说明
有时候我们可能会看到 if (NULL == p) 这样古怪的格式。不是程序写错了,是程序员为了防止将 if (p == NULL) 误写成 if (p = NULL),而有意把p和NULL颠倒。编译器认为 if (p = NULL) 是合法的,但是会指出 if (NULL = p)是错误的,因为NULL不能被赋值。
程序中有时会遇到if/else/return的组合,应该将如下不良风格的程序
    if (condition)
        return x;
    return y;
改写为
    if (condition)
    {
        return x;
    }
    else
    {
return y;
}
或者改写成更加简练的
return (condition ? x : y);
4.4 循环语句的效率
    C++/C循环语句中,for语句使用频率最高,while语句其次,do语句很少用。本节重点论述循环体的效率。提高循环体效率的基本办法是降低循环体的复杂性。
 
l         【建议4-4-1在多重循环中,如果有可能,应当将最长的循环放在最内层,最短的循环放在最外层,以减少CPU跨切循环层的次数。例如示例4-4(b)的效率比示例4-4(a)的高。
 

for (row=0; row<100; row++)
{
for ( col=0; col<5; col++ )
{
sum = sum + a[row][col];
}
}
for (col=0; col<5; col++ )
{
for (row=0; row<100; row++)
{
    sum = sum + a[row][col];
}
}

示例4-4(a) 低效率:长循环在最外层           示例4-4(b) 高效率:长循环在最内层
 
l         【建议4-4-2如果循环体内存在逻辑判断,并且循环次数很大,宜将逻辑判断移到循环体的外面。示例4-4(c)的程序比示例4-4(d)多执行了N-1次逻辑判断。并且由于前者老要进行逻辑判断,打断了循环“流水线”作业,使得编译器不能对循环进行优化处理,降低了效率。如果N非常大,最好采用示例4-4(d)的写法,可以提高效率。如果N非常小,两者效率差别并不明显,采用示例4-4(c)的写法比较好,因为程序更加简洁。
 

for (i=0; i<N; i++)
{
if (condition)
    DoSomething();
else
    DoOtherthing();
}
if (condition)
{
for (i=0; i<N; i++)
    DoSomething();
}
else
{
    for (i=0; i<N; i++)
    DoOtherthing();
}

表4-4(c) 效率低但程序简洁                表4-4(d) 效率高但程序不简洁
4.5 for 语句的循环控制变量
l         【规则4-5-1不可在for 循环体内修改循环变量,防止for 循环失去控制。
 
l         【建议4-5-1建议for语句的循环控制变量的取值采用“半开半闭区间”写法。
示例4-5(a)中的x值属于半开半闭区间“0 =< x < N”,起点到终点的间隔为N,循环次数为N。
示例4-5(b)中的x值属于闭区间“0 =< x <= N-1”,起点到终点的间隔为N-1,循环次数为N。
相比之下,示例4-5(a)的写法更加直观,尽管两者的功能是相同的。
 

for (int x=0; x<N; x++)
{
}
for (int x=0; x<=N-1; x++)
{
}

示例4-5(a) 循环变量属于半开半闭区间           示例4-5(b) 循环变量属于闭区间
4.6 switch语句
    有了if语句为什么还要switch语句?
switch是多分支选择语句,而if语句只有两个分支可供选择。虽然可以用嵌套的if语句来实现多分支选择,但那样的程序冗长难读。这是switch语句存在的理由。
    switch语句的基本格式是:
switch (variable)
{
case value1 :  …
break;
case value2 :  …
break;
    …
default :  …
break;
}
 
l         【规则4-6-1每个case语句的结尾不要忘了加break,否则将导致多个分支重叠(除非有意使多个分支重叠)。
l         【规则4-6-2不要忘记最后那个default分支。即使程序真的不需要default处理,也应该保留语句    default : break; 这样做并非多此一举,而是为了防止别人误以为你忘了default处理。
4.7 goto语句
    自从提倡结构化设计以来,goto就成了有争议的语句。首先,由于goto语句可以灵活跳转,如果不加限制,它的确会破坏结构化设计风格。其次,goto语句经常带来错误或隐患。它可能跳过了某些对象的构造、变量的初始化、重要的计算等语句,例如:
goto state;
String s1, s2; // 被goto跳过
int sum = 0; // 被goto跳过
state:
如果编译器不能发觉此类错误,每用一次goto语句都可能留下隐患。
    很多人建议废除C++/C的goto语句,以绝后患。但实事求是地说,错误是程序员自己造成的,不是goto的过错。goto 语句至少有一处可显神通,它能从多重循环体中咻地一下子跳到外面,用不着写很多次的break语句; 例如
 { …
      { …
       { …
           goto error;
       }
      }
 }
 error:
 …
就象楼房着火了,来不及从楼梯一级一级往下走,可从窗口跳出火坑。所以我们主张少用、慎用goto语句,而不是禁用。