【高质量C/C++】4.表达式和基本语句

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2024-01-16 12:33:23

【高质量C/C++编程】—— 4. 表达式和基本语句

一、运算符的优先级

以下运算符的优先级是从高到低排列，结合性除了表中给出的的三个从右到左，其余都是从左到右。对这些运算符优先级熟记是比较困难的，我们只需要有一个大概的认识即可（如一元运算符优先级普遍较高，赋值运算符优先级最低等），毕竟我们的目的只是写出正确且易读的代码
运算符结合性聚合运算符()、[]、->、.一元运算符!、~、++、--、(类型)、sizeof、+(正)、-(负)、*(解引用)、&(取地址)右到左算术运算符*(乘)、/、%``+(加)、-(减)移位运算符<<、>>比较运算符<、<=、>、>=``==、!=位运算符&(按位与)``^(异或)``|(按位或)逻辑运算符&&``||右到左三目运算符? :右到左赋值运算符=、+=、-=、*=、/=、%=、&=、^=、|=、<<=、>>=

规则：

如果代码中的运算符较多，可以使用括号来确定表达式的操作顺序，避免使用默认优先级

if (a | b && a & c);        // 不良的风格
if ((a | b) && (a & c));    // 良好的风格

二、复合表达式

如a = b = c = 0这样的表达式称为复合表达式。

复合表达式存在的理由：

书写简洁+ 可以提高编译效率

规则：

不要编写太复杂的复合表达式+ 不要由多用途的复合表达式+ 不要把程序中的复合表达式写成真正的数学表达式+ 不要出现问题表达式

问题表达式：相同的表达式的运算结果不一定是相同的，也叫非法表达式+ 为什么会出现问题表达式：表达式中的子式运算后会影响其他子式的值+ 问题表达式的运算结果与编译器对变量和运算符的加载次序有关，但是我们并不需要过于在意它如何运算出错误的值，只需要避免使用它即可。

i = a >= b && c < d && c + f <= g + h;        // 不良的风格，过于复杂的表达式
d = (a = b + c) + r;                        // 不良的风格，多用途的表达式
if (a < b < c);                                // 错误的代码，使用了数学表达式

// 问题表达式
/* 结果是不可预测的，当i--运算后可能被加载进寄存器中，后面的--i和++i未必能在运算前修改到i的值 */
ret = i-- - --i * (i = -3) * i++ + ++i;

/* 根据优先级--c先执行，但在--c执行之前左边的c被存储到寄存器中，和--c执行后左边的c还是原值，导致运算结果出现错误 */
ret = c + --c;

三、if语句

if语句是C/C++中最常用的语句，但是有很多程序员都在用隐含错误方式写它，现在让我们来学习它。

1. if 语句零值比较规则

布尔变量与零值比较：布尔变量不与true、false或者0、1进行比较，而是以变量或!运算的结果表示真假

// 良好的风格
if (flag);        // flag表示真
if (!flag);        // flag表示假

// 不良的风格
if (flag == true);
if (flag == false);
if (flag == 1);
if (flag == 0);

整型变量与零值比较：整型变量用==或!=与0比较

// 良好的风格
if (value == 0);
if (value != 0);

// 不良的风格
if (value);            // 容易让人误解为布尔值
if (!value);

浮点变量与零值比较：浮点数不可以用==或!=与任何数字比较，它们有精度限制，应该转化为>=或<=形式来消除他们的误差

// 良好的风格
if ((x >= -EPSINON) && (x <= EPSINON));        // EPSINON是允许的误差

// 不良的风格
if (x == 0.0);        // 由于浮点数底数数位为0时，指数位是任意值都表示0.0，所以可能出现由于指数不同导致的0.0不等于0.0
if (x != 0.0);

指针变量与零值比较：
在C语言中，指针变量用==或!=与NULL比较+ 在C++中，指针变量用==或!=与nullptr比较。C++中的NULL被声明为数值0和指针0，优先使用数值0，所以我们尽量不在C++中使用NULL

// 在C语言中良好，在C++中不好的风格
if (p == NULL);
if (p != NULL);

// C++中良好的风格
if (p == nullptr);
if (p != nullptr);

// C语言和C++中都不良的风格
if (p);
if (!p);
if (p == 0);
if (p != 0);

2. if 语句其他规则

规则：

在代码中我们常会看到比较表达式中常量前置的情况，这是为了防止将==写成=，由于=也是合法的语法，所以编译器不会报错，这类错误往往很难发现。将常量前置时=表示对常量进行赋值，这是语法错误，编译器会报错，这个错误就会暴露在编译期前。

if (p == NULL);
if (p = NULL);        // 该语句漏掉一个=，但是编译器不会报错

if (NULL == p);        // 将常量前置，与p==NULL没有区别
if (NULL = p);        // 漏掉一个=，此时编译器报错，问题可以及时解决

if/else/return的组合要加上大括号或直接使用三目运算表达式

// 不良的风格
if (condition)
    return x;
return y;

// 良好的风格
if (condition)
{
    return x;
}
else
{
    return y;
}

// 或者写为更简练的三目表达式
return (condition ? x : y);

四、循环语句效率

在C++/C循环语句中，for循环的使用频率最高，while语句其次，do很少用。提高循环体效率的基本办法是降低循环体复杂性。

规则：

在多层循环中，如果有可能，应将最长的循环放在内层，最短的循环放在外层，以减少CPU切跨循环层的次数

// 效率低，长循环在外层
for (row=0; row<100; row++)
{
    for (col=0; col<5; col++)
    {
        sum += arr[row][col];
    }
}

// 效率高，长循环在内层
for (col=0; col<5; col++)
{
    for (row=0; row<100; row++)
    {
        sum += arr[row][col];
    }
}

如果循环体内存在逻辑判断，且循环次数很大，宜将逻辑判读移到循环体外面
第一个个程序简洁，但是循环中的逻辑判读打断了循环流水线的作业，使编译器不能对循环进行优化处理，降低了效率+ 第二个程序不简洁，但是如果N非常大，效率会明显高于第一个程序+ 将逻辑判断移到循环体外时，要保证循环不会影响到逻辑判断的结果，否则就不能移到循环体外

// 效率低，但简洁
for (i=0; i<N; i++)
{
    if (condition)
    {
        DoSomething();
    }
    else
    {
        DoOtherSomething();
    }
}

// 效率高，但不简洁
if (condition)
{
    for (i=0; i<N; i++)
    {
        DoSomething();
    }
}
else
{
    for (i=0; i<N; i++)
    {
        DoOtherSomething();
    }
}

// 不能移到循环体外的逻辑判断
for (i=0; i<N; i++)
{
    // 逻辑判断的结果受循环影响
    if (i % 2 == 0)
    {
        printf("偶数 : %d\n", i);
    }
    else
    {
        printf("奇数 : %d\n", i);
    }
}

五、for语句的循环控制变量

规则：

不要在for循环体内改变循环变量，防止for循环失去控制。+ 建议for语句的循环控制变量取值采用“半开半闭区间”写法

// 不良的风格，在for循环体内改变循环变量，建议以下程序的逻辑使用while循环完成
for (i=0; i<100; i++)
{
    if (i % 2 == 0)
    {
        i += 2;
    }
    else
    {
        i += 3;
    }
}

for (i = 0; i < N; i++);        // 半开半闭区间写法
for (i = 0; i <= N-1; i++);        // 闭区间写法

六、switch语句

switch语句是多分支选择语句，而if语句只有2个分支可选，虽然可以使用嵌套的if来选择多分支实现，但是程序冗长难读，所以switch语句的出现很有必要

规则：

每个case语句的结尾都要加上break，否则将导致多个分支重叠（除非有意让分支重叠）+ 不要忘记加上default分支，即使程序根本不需要default处理，也应该保留default: break;语句。防止别人误以为你忘记default处理

switch (variable)
{
    case value1:
        ... ...
        break;
        
    case value2:
        ... ...
        break;
        
        ... ...
            
    default:
        break;
}

七、goto语句

自从提倡结构化设计以来，goto语句就成了有争议的语句：

goto语句跳转灵活，如果不加限制，会破坏结构化设计风格+ goto语句经常带来错误隐患，可能跳过某些类的构造、变量的初始化、重要的计算等。

规则：

goto语句目前的用途是从多重循环中跳出，不用写很多break语句+ 我们对于goto语句的态度应该是慎用，而不是禁用

for (i=0; i<N; i++)
{
    while (condition1)
    {
        do
        {
            if (condition3)
            {
                goto jump;        // 跳出到jump处
            }
        }
        while (condition2);
    }
}

jump:                        // jump处
... ...