高质量C++/C编程指南 -- 第4章 表达式和基本语句

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高质量C++/C编程指南 -- 第4章 表达式和基本语句


作者: 林锐 博士


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。



优先级
运算符
结合律





从



高



到



低



排



列
( ) [ ] -> .
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


表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。