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do-while竟然有這么多妙用?

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發(fā)表于 昨天 11:38 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
前言 這篇文章講解的知識點很小,但是在一些編程場合中非常適用,大家可以把這篇短文當(dāng)做甜品來品味一下。
地球人都知道,do-while語句是C/C++中的一個循環(huán)語句,特點是:
至少執(zhí)行一次循環(huán)體;
在循環(huán)的尾部進行結(jié)束條件的判斷。


其實do-while還可以用在其他一些場合中,非常巧妙的處理你的一些難題,比如:
在宏定義中寫復(fù)雜的語句;
在函數(shù)體中中止代碼段的處理。
好像有點抽象,那我們就來具體一些,通過代碼來聊聊這些用法。
也強烈建議您在平常的項目中把這些小技巧用起來,模仿是第一步,先僵化-再優(yōu)化-最后固化,這是提高編程能力的最有效方法。時間久了,用的多了,這些東西就是屬于你的。
在宏定義中的妙用 錯誤的宏定義
  • // 目的:把兩個參數(shù)分別自增一下#define OPT(a, b)   a++; b++;
    int main(int argc, char *argv[]){    int i = 1;    int j = 1;    OPT(i, j);    printf("i = %d, j = %d
    ", i, j);    return 0;}
    測試一下,結(jié)果沒有問題(代碼的目的就是讓i和j這個2個變量都自增1):
    i = 2, j = 2
    而且OPT(i, j);中,最后的分號還可以省略,編譯和結(jié)果都沒有問題。
    但是估計沒有誰會在項目中這么使用宏吧?!看一下下面這個例子:在調(diào)用OPT宏的外層添加一個if條件判斷:
  • #define OPT(a, b)   a++; b++;
    int main(int argc, char *argv[]){    int i = 1;    int j = 1;    if(0)        OPT(i, j);    printf("i = %d, j = %d
    ", i, j);    return 0;}
    打印結(jié)果是:
    i = 1, j = 2
    問題出現(xiàn)了:我們的本意是if條件為假,這2個變量都不要自增,但是輸出結(jié)果卻是:第二個參數(shù)自增了。
    其實問題很明顯,把宏擴展開就一目了然了。
  • if(0)    a++; b++;
    錯誤原因一目了然:由于if語句沒有用大括號{}把需要執(zhí)行的代碼全部包裹住,導(dǎo)致只有a++;語句是在if語句的控制范圍,而b++;語句無論如何都被執(zhí)行了。
    也許你會說,這個簡單,使用if時,必須加上大括號{}。道理是沒錯,如果這個宏定義只有你自己使用,這不成問題。但是如果宏定義是你寫的,而使用者是你的同事,那么你怎么要求別人必須按照你所規(guī)定的格式來編碼?畢竟每個人的習(xí)慣是不一樣的。
    很多時候,要求別人是不現(xiàn)實的。更有效的方法是優(yōu)化自己的輸出,提供更安全的代碼,讓別人想犯錯誤都沒機會。
    比較好的宏定義怎么做才能更安全?更通用呢?使用do-while!
  • #define OPT(a, b)   do{a++;b++;}while(0)
    也就是說,只要宏定義中存在多條語句,就可以用do-while把這些語句全部包裹起來,這樣無論怎么使用這個宏,都不會有問題。
    例如:
  • if(0)    OPT(i, j);
    宏擴展之后代碼為:
  • if(0)    do {        a++;        b++;    }while(0);
    如果給if加上大括號,視覺上會更好一些:
  • if(0) {    OPT(i, j);}
    宏擴展之后代碼為:
  • if(0) {    do {        a++;        b++;    }while(0);}
    可以看到,無論是否加上大括號{},從語法和語義上都不存在問題。
    這里還有一個小細節(jié)可以留意一下:OPT(i,j);這行代碼中,尾部是加了分號的。
    如果沒有加分號,那么宏擴展之后代碼為:
  • if(0)    do {        a++;        b++;    }while(0) // 注意:這里沒有分號
    因為while(0)沒有分號,所以編譯會出錯。為了不對宏的使用者提出要求,可以在宏的最后加一個分號即可,如下:
  • #define OPT(a, b)   do{a++;b++;}while(0);
    小結(jié):使用do-while語句來包裹宏定義中的多行語句,解決了宏定義的安全問題。
    但是,任何事情都不可能是完美的,例如:在宏定義中使用do-while就無法返回一個結(jié)果。
    也就是說:如果我們需要從宏定義中返回一個結(jié)果,那么do-while就派不上用場了。那應(yīng)該怎么辦?
    另一個也不錯的宏定義如果宏定義需要返回一個結(jié)果,最好的方式就是:使用({...})把宏定義中的多行語句包裹起來。如下:
  • #define ADD(a, b, c) ({ ++a; ++b; c=a+b; })
    int i = 1;int j = 2;int k;printf("k = %d
    ", ADD(i, j, k));
    下面這張圖來自GNU官方文檔:

    翻譯過來就是:
    GNU C中,在圓括號()中寫復(fù)雜語句是合法的,這樣你就可以在一個表達式中使用循環(huán)、switch、局部變量了。
    什么是復(fù)雜語句呢?就是被大括號{}包裹的多行語句。
    在上面的實例中,圓括號要放在大括號的外層。
    使用({...})定義宏,因為是多行語句,可以返回一個結(jié)果,比do-while更勝一籌。
    這里既然提到了在宏定義中使用局部變量,那我們再提供一個小技巧來提高代碼的執(zhí)行效率。
    看一下這個宏定義:
  • #define max(a,b) ({ (a) > (b) ? (a) : (b) })
    float i = 1.234;float j = 4.321;float max = max((i / 0.8 + 5) / 3, (j * 0.8) / 1.5);
    宏擴展之后, a或者b中,肯定有一個被計算2次。當(dāng)然,這里的示例比較簡單,體現(xiàn)不出差距。如果是對時間要求特別苛刻的場合,計算量又很大,那么這個宏中由于兩次計算所耗費的時間就必須考慮了,那應(yīng)該如何優(yōu)化呢?使用局部變量!
  • #define max(a,b)  ({ int _a = (a), _b = (b); _a > _b ? _a : _b; })
    通過增加局部變量_a和_b來緩存計算結(jié)果,就消除了2次計算的問題。
    這個例子還可以再繼續(xù)優(yōu)化,這里的局部變量類型是int,這是寫死的,只能比較兩個整型的變量。如果寫成這樣:
  • #define max(a, b)  ({ typeof(a) _a = (a), _b = (b); _a > _b ? _a : _b; })
    也就是用typeof來動態(tài)獲取比較變量的類型,這樣的話,任何數(shù)值類型的變量都可以使用這個宏了。
    關(guān)于typeof的說明,請看GNU的這張圖,在文末的參考鏈接中,可以看到更加詳細的官方說明。

    在函數(shù)體中的妙用 先來看2段代碼。
    函數(shù)功能:返回錯誤代碼對應(yīng)的錯誤字符串
  • char *get_error_msg(int err_code){    if (1 == err_code) {        return "invalid name";    } else if (2 == err_code) {        return "invalid password";    } else if (3 == err_code) {        return "network error";    }
        return "unkown error";}
    思考:一個設(shè)計良好的函數(shù)只有一個出口,也就是return語句,但是這個函數(shù)有這么多的return語句,是不是顯得很亂?示例代碼體積很小,似乎沒有感覺。但是上百行的函數(shù)在項目中還是比較常見的,在這種情況下如果給你來個十幾個return語句,你會不會想把寫代碼的那個家伙拎過來扇幾巴掌?
    函數(shù)功能:通過TCP Socket連接服務(wù)器
  • void connect_server(char *ip, int port){    int ret, sockfd;    sockfd = socket(...);    if (sockfd         printf("socket create failed!
    ");        goto end;    }
        ret = connect(sockfd, ...);    if (ret         printf("connect failed!
    ");        goto end;    }
        ret = send(sockfd, ...)    if (ret         printf("send failed!
    ");        goto end;    }
    end:    其他代碼}
    思考:TCP socket編程中,需要按照固定的順序調(diào)用多個系統(tǒng)函數(shù)。這段代碼中調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)后,對結(jié)果進行了檢查,這是非常好的習(xí)慣。如果在某個調(diào)用中發(fā)生錯誤,需要中止后面的操作,進行錯誤處理。雖然C語言中不禁止goto語句的使用,但是看到這么多的goto,難道就沒有美觀、更優(yōu)雅的做法嗎?
    總結(jié)一下上面這2段代碼,它們共同的特點是:
    在一連串的語句中,只需要執(zhí)行一部分的語句,也就是從代碼塊的某個中間位置中止執(zhí)行。
    中止執(zhí)行,我們首先想到的就是break關(guān)鍵字,它主要用在循環(huán)和switch語句中。do-while循環(huán)語句首先執(zhí)行循環(huán)體,在尾部才進行循環(huán)的判斷。那么就可以利用這一點來解決這2段代碼面對的問題。解決多個return的問題
  • char *get_error_msg(int err_code){    char *msg;    do {        if (1 == err_code) {            msg = "invalid name";            break;        } else if (2 == err_code) {            msg = "invalid password";            break;        } else if (3 == err_code) {            msg = "network error";            break;        } else {            msg = "unkown error";            break;        }    }while(0);
        return msg;}
    解決goto的問題
  • void connect_server(char *ip, int port){    int ret, sockfd;    do {        sockfd = socket(...);        if (sockfd             printf("socket create failed!
    ");            break;        }
            ret = connect(sockfd, ...);        if (ret             printf("connect failed!
    ");            break;        }
            ret = send(sockfd, ...)        if (ret             printf("send failed!
    ");            break;        }    }while(0);
        其他代碼}
    這樣的代碼,是不是看起來順眼多了?總結(jié) do-while的主要作用是循環(huán)處理,但是在這篇文章中,我們利用的點并不是循環(huán)功能,而是代碼塊的包裹和中止執(zhí)行的功能。這些細小的點在一些牛逼的開源代碼中很常見,看到了我們就要學(xué)習(xí)、模仿、使用,用的多了它就是你的了!

    參考文檔:
    [1] https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Typeof.html
    [2] https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Statement-Exprs.html
    [3] https://stackoverflow.com/questions/9495962/why-use-do-while-0-in-macro-definition
    [4] https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-6.2.0/gcc/Statement-Exprs.html#Statement-Exprs
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