【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，指针变量用
// 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
... ...