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  • 高质量c/c++编程(4)

     
    第4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。
     
    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) // pNULL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)        
     
    4.3.5if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
        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;    // 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。
     
     
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