高品質C++/C編程指南-第4章-運算式和基本語句

讀者可能懷疑：連if、for、while、goto、switch這樣簡單的東西也要探討編程風格，是不是小題大做？

我真的發覺很多程式員用隱含錯誤的方式寫運算式和基本語句，我自己也犯過類似的錯誤。

運算式和語句都屬於C++/C的短語結構文法。它們看似簡單，但使用時隱患比較多。

本章歸納了正確使用運算式和語句的一些規則與建議。

4.1 運算子的優先順序

C++/C語言的運算子有數十個，運算子的優先順序與結合律如表4-1所示。注意一元運算子 + - * 的優先順序高於對應的二元運算子。

優先順序	運算子	結合律
從   高   到   低   排   列	( ) [ ] -> .	從左至右
! ~ ++ -- （類型） sizeof + - * &	從右至左
* / %	從左至右
+ -	從左至右
<< >>	從左至右
<   <=   > >=	從左至右
== !=	從左至右
&	從左至右
^	從左至右
|	從左至右
&&	從左至右
||	從右至左
?:	從右至左
= += -= *= /= %= &= ^= |= <<= >>=	從左至右

表4-1 運算子的優先順序與結合律

l         【規則4-1-1 】如果程式碼中的運算子比較多，用括弧確定運算式的操作順序，避免使用預設的優先順序。由於將表4-1熟記是比較困難的，為了防止產生歧義並提高可讀性，應當用括弧確定運算式的操作順序。例如：word = (high << 8) | lowif ((a | b) && (a & c))   4.2 複合運算式如 a = b = c = 0這樣的運算式稱為複合運算式。允許複合運算式存在的理由是：（1）書寫簡潔；（2）可以提高編譯效率。但要防止濫用複合運算式。 l         【規則4-2-1 】不要編寫太複雜的複合運算式。例如：      i = a >= b && c < d && c + f <= g + h ;   // 複合運算式過於複雜 l         【規則4-2-2 】不要有多用途的複合運算式。例如：d = (a = b + c) + r ; 該運算式既求a值又求d值。應該拆分為兩個獨立的語句：a = b + c;d = a + r; l         【規則4-2-3 】不要把程式中的複合運算式與“真正的數學運算式”混淆。例如： if (a < b < c)            // a < b < c是數學運算式而不是程式運算式並不表示       if ((a<b) && (b<c))而是成了令人費解的if ( (a<b)<c ) 4.3 if 語句    if語句是C++/C語言中最簡單、最常用的語句，然而很多程式員用隱含錯誤的方式寫if語句。本節以“與零值比較”為例，展開討論。  4.3.1 布爾變數與零值比較l         【規則4-3-1 】不可將布爾變數直接與TRUE、FALSE或者1、0進行比較。根據布爾類型的語義，零值為“假”（記為FALSE），任何非零值都是“真”（記為TRUE）。TRUE的值究竟是什麼並沒有統一的標準。例如Visual C++ 將TRUE定義為1，而Visual Basic則將TRUE定義為-1。假設布爾變數名字為flag，它與零值比較的標準if語句如下：if (flag)    // 表示flag為真if (!flag)    // 表示flag為假其它的用法都屬於不良風格，例如：    if (flag == TRUE)       if (flag == 1 )         if (flag == FALSE)      if (flag == 0)       4.3.2 整型變數與零值比較l         【規則4-3-2 】應當將整型變數用“==”或“！=”直接與0比較。    假設整型變數的名字為value，它與零值比較的標準if語句如下：if (value == 0)  if (value != 0)不可模仿布爾變數的風格而寫成if (value)    // 會讓人誤解 value是布爾變數if (!value)   4.3.3 浮點變數與零值比較l         【規則4-3-3 】不可將浮點變數用“==”或“！=”與任何數字比較。    千萬要留意，無論是float還是double類型的變數，都有精度限制。所以一定要避免將浮點變數用“==”或“！=”與數字比較，應該設法轉化成“>=”或“<=”形式。    假設浮點變數的名字為x，應當將   if (x == 0.0)     // 隱含錯誤的比較轉化為if ((x>=-EPSINON) && (x<=EPSINON))其中EPSINON是允許的誤差（即精度）。  4.3.4 指標變數與零值比較l         【規則4-3-4 】應當將指標變數用“==”或“！=”與NULL比較。    指標變數的零值是“空”（記為NULL）。儘管NULL的值與0相同，但是兩者意義不同。假設指標變數的名字為p，它與零值比較的標準if語句如下：        if (p == NULL)    // p與NULL顯式比較，強調p是指標變數        if (p != NULL) 不要寫成        if (p == 0)  // 容易讓人誤解p是整型變數        if (p != 0)        或者if (p)            // 容易讓人誤解p是布爾變數    if (!p)              4.3.5 對if語句的補充說明有時候我們可能會看到 if (NULL == p) 這樣古怪的格式。不是程式寫錯了，是程式員為了防止將 if (p == NULL) 誤寫成 if (p = NULL)，而有意把p和NULL顛倒。編譯器認為 if (p = NULL) 是合法的，但是會指出 if (NULL = p)是錯誤的，因為NULL不能被賦值。程式中有時會遇到if/else/return的組合，應該將如下不良風格的程式    if (condition)         return x;    return y;改寫為    if (condition)    {        return x;    }    else    {return y;}或者改寫成更加簡練的return (condition ? x : y); 4.4 迴圈語句的效率    C++/C迴圈語句中，for語句使用頻率最高，while語句其次，do語句很少用。本節重點論述迴圈體的效率。提高迴圈體效率的基本辦法是降低迴圈體的複雜性。 l         【建議4-4-1 】在多重迴圈中，如果有可能，應當將最長的迴圈放在最內層，最短的迴圈放在最外層，以減少CPU跨切迴圈層的次數。例如樣本4-4(b)的效率比樣本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]; } }

樣本4-4(a) 低效率：長迴圈在最外層           樣本4-4(b) 高效率：長迴圈在最內層 l         【建議4-4-2 】如果迴圈體記憶體在邏輯判斷，並且迴圈次數很大，宜將邏輯判斷移到迴圈體的外面。樣本4-4(c)的程式比樣本4-4(d)多執行了N-1次邏輯判斷。並且由於前者老要進行邏輯判斷，打斷了迴圈“流水線”作業，使得編譯器不能對迴圈進行最佳化處理，降低了效率。如果N非常大，最好採用樣本4-4(d)的寫法，可以提高效率。如果N非常小，兩者效率差別並不明顯，採用樣本4-4(c)的寫法比較好，因為程式更加簡潔。 

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) 效率低但程式簡潔                表4-4(d) 效率高但程式不簡潔 4.5 for 語句的迴圈控制變數l         【規則4-5-1 】不可在for 迴圈體內修改迴圈變數，防止for 迴圈失去控制。 l         【建議4-5-1 】建議for語句的迴圈控制變數的取值採用“半開半閉區間”寫法。樣本4-5(a)中的x值屬於半開半閉區間“0 =< x < N”，起點到終點的間隔為N，迴圈次數為N。樣本4-5(b)中的x值屬於閉區間“0 =< x <= N-1”，起點到終點的間隔為N-1，迴圈次數為N。相比之下，樣本4-5(a)的寫法更加直觀，儘管兩者的功能是相同的。 

for (int x=0; x<N; x++) { … }

for (int x=0; x<=N-1; x++) { … }

樣本4-5(a) 迴圈變數屬於半開半閉區間           樣本4-5(b) 迴圈變數屬於閉區間 4.6 switch語句    有了if語句為什麼還要switch語句？switch是多分支選擇語句，而if語句只有兩個分支可供選擇。雖然可以用嵌套的if語句來實現多分支選擇，但那樣的程式冗長難讀。這是switch語句存在的理由。    switch語句的基本格式是：switch (variable) {case value1 :  … break;case value2 :  … break;    …default :  … break;} l         【規則4-6-1 】每個case語句的結尾不要忘了加break，否則將導致多個分支重疊（除非有意使多個分支重疊）。l         【規則4-6-2 】不要忘記最後那個default分支。即使程式真的不需要default處理，也應該保留語句    default : break; 這樣做並非多此一舉，而是為了防止別人誤以為你忘了default處理。 4.7 goto語句    自從提倡結構化設計以來，goto就成了有爭議的語句。首先，由於goto語句可以靈活跳轉，如果不加限制，它的確會破壞結構化設計風格。其次，goto語句經常帶來錯誤或隱患。它可能跳過了某些對象的構造、變數的初始化、重要的計算等語句，例如：goto state;String s1, s2; // 被goto跳過int sum = 0; // 被goto跳過…state:…如果編譯器不能發覺此類錯誤，每用一次goto語句都可能留下隱患。    很多人建議廢除C++/C的goto語句，以絕後患。但實事求是地說，錯誤是程式員自己造成的，不是goto的過錯。goto 語句至少有一處可顯神通，它能從多重迴圈體中咻地一下子跳到外面，用不著寫很多次的break語句; 例如 { …      { …       { …           goto error;       }      } } error: …就象樓房著火了，來不及從樓梯一級一級往下走，可從視窗跳出火坑。所以我們主張少用、慎用goto語句，而不是禁用。