高质量C++/C编程指南(四)

第4章 表达式和基本语句

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。

表4-1 运算符的优先级与结合律

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

【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。

【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

【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;

【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

【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

【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

【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

【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。

【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。
 
*示例4-4(a) 低效率：长循环在最外层

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

*示例4-4(b) 高效率：长循环在最内层

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

##【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。

表4-4(c) 效率低但程序简洁
for (i=0; i<N; i++)
{
if (condition)
    DoSomething();
else
    DoOtherthing();
}

表4-4(d) 效率高但程序不简洁

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

4.5 for 语句的循环控制变量

【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。

【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。

示例4-5(a) 循环变量属于半开半闭区间 
for (int x=0; x<N; x++)
{
…
}

示例4-5(b) 循环变量属于闭区间
for (int x=0; x<=N-1; x++)
{
…
}

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;
}

【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）。

【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。