第4章 表達式和基本語句

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？

我真的發覺很多程序員用隱含錯誤的方式寫表達式和基本語句，我自己也犯過類似的錯誤。

表達式和語句都屬于C++/C的短語結構語法。它們看似簡單，但使用時隱患比較多。本章歸納了正確使用表達式和語句的一些規則與建議。

4.1 運算符的優先級

C++/C語言的運算符有數十個，運算符的優先級與結合律如表4-1所示。注意一元運算符 +  -  * 的優先級高于對應的二元運算符。

表4-1 運算符的優先級與結合律

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

【規則4-1-1】如果代碼行中的運算符比較多，用括號確定表達式的操作順序，避免使用默認的優先級。

由于將表4-1熟記是比較困難的，為了防止產生歧義并提高可讀性，應當用括號確定表達式的操作順序。例如：

word = (high << 8) | low

if ((a | b) && (a & c))  

4.2 復合表達式

如 a = b = c = 0這樣的表達式稱為復合表達式。允許復合表達式存在的理由是：（1）書寫簡潔；（2）可以提高編譯效率。但要防止濫用復合表達式。

【規則4-2-1】不要編寫太復雜的復合表達式。

例如：
      i = a >= b && c < d && c + f <= g + h ;   // 復合表達式過于復雜

【規則4-2-2】不要有多用途的復合表達式。

例如： d = (a = b + c) + r ;
該表達式既求a值又求d值。應該拆分為兩個獨立的語句：
a = b + c;
d = a + r;

【規則4-2-3】不要把程序中的復合表達式與“真正的數學表達式”混淆。

例如： 
if (a < b < c)            // a < b < c是數學表達式而不是程序表達式
并不表示      
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，然而很多程序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 布爾變量與零值比較

【規則4-3-1】不可將布爾變量直接與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的值究竟是什么并沒有統一的標準。例如Visual C++ 將TRUE定義為1，而Visual Basic則將TRUE定義為-1。

假設布爾變量名字為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

其它的用法都屬于不良風格，例如：
    if (flag == TRUE)  
    if (flag == 1 )    
    if (flag == FALSE) 
    if (flag == 0)     

4.3.2 整型變量與零值比較

【規則4-3-2】應當將整型變量用“==”或“！=”直接與0比較。

假設整型變量的名字為value，它與零值比較的標準if語句如下：

if (value == 0) 
if (value != 0)

不可模仿布爾變量的風格而寫成
if (value)    // 會讓人誤解 value是布爾變量
if (!value)

4.3.3 浮點變量與零值比較

【規則4-3-3】不可將浮點變量用“==”或“！=”與任何數字比較。

 千萬要留意，無論是float還是double類型的變量，都有精度限制。所以一定要避免將浮點變量用“==”或“！=”與數字比較，應該設法轉化成“>=”或“<=”形式。
 假設浮點變量的名字為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 指針變量與零值比較

【規則4-3-4】應當將指針變量用“==”或“！=”與NULL比較。

    指針變量的零值是“空”（記為NULL）。盡管NULL的值與0相同，但是兩者意義不同。假設指針變量的名字為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是指針變量
        if (p != NULL) 
    不要寫成
        if (p == 0)   // 容易讓人誤解p是整型變量
        if (p != 0)   
    或者
    if (p)            // 容易讓人誤解p是布爾變量
        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。不是程序寫錯了，是程序員為了防止將 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。

程序中有時會遇到if/else/return的組合，應該將如下不良風格的程序

    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 循環語句的效率

    C++/C循環語句中，for語句使用頻率最高，while語句其次，do語句很少用。本節重點論述循環體的效率。提高循環體效率的基本辦法是降低循環體的復雜性。

【建議4-4-1】在多重循環中，如果有可能，應當將最長的循環放在最內層，最短的循環放在最外層，以減少CPU跨切循環層的次數。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：長循環在最外層

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：長循環在最內層

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

##【建議4-4-2】如果循環體內存在邏輯判斷，并且循環次數很大，宜將邏輯判斷移到循環體的外面。示例4-4(c)的程序比示例4-4(d)多執行了N-1次邏輯判斷。并且由于前者老要進行邏輯判斷，打斷了循環“流水線”作業，使得編譯器不能對循環進行優化處理，降低了效率。如果N非常大，最好采用示例4-4(d)的寫法，可以提高效率。如果N非常小，兩者效率差別并不明顯，采用示例4-4(c)的寫法比較好，因為程序更加簡潔。

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

表4-4(d) 效率高但程序不簡潔

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

4.5 for 語句的循環控制變量

【規則4-5-1】不可在for 循環體內修改循環變量，防止for 循環失去控制。

【建議4-5-1】建議for語句的循環控制變量的取值采用“半開半閉區間”寫法。

示例4-5(a)中的x值屬于半開半閉區間“0 =< x < N”，起點到終點的間隔為N，循環次數為N。
示例4-5(b)中的x值屬于閉區間“0 =< x <= N-1”，起點到終點的間隔為N-1，循環次數為N。
相比之下，示例4-5(a)的寫法更加直觀，盡管兩者的功能是相同的。

示例4-5(a) 循環變量屬于半開半閉區間 
for (int x=0; x<N; x++)
{
…
}

示例4-5(b) 循環變量屬于閉區間
for (int x=0; x<=N-1; x++)
{
…
}

4.6 switch語句

   有了if語句為什么還要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，但那樣的程序冗長難讀。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;
}

【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）。

【規則4-6-2】不要忘記最后那個default分支。即使程序真的不需要default處理，也應該保留語句    default : break; 這樣做并非多此一舉，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，由于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、變量的初始化、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，以絕后患。但實事求是地說，錯誤是程序員自己造成的，不是goto的過錯。goto 語句至少有一處可顯神通，它能從多重循環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，可從窗口跳出火坑。所以我們主張少用、慎用goto語句，而不是禁用。