你只用do-while来实现循环?太浪费了!


这是道哥的第010篇原创


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前言

这篇文章讲解的知识点很小,但是在一些编程场合中非常适用,大家可以把这篇短文当做甜品来品味一下。

地球人都知道,do-while语句是C/C++中的一个循环语句,特点是:

至少执行一次循环体;
在循环的尾部进行结束条件的判断。

你只用do-while来实现循环?太浪费了!

其实do-while还可以用在其他一些场合中,非常巧妙的处理你的一些难题,比如:

在宏定义中写复杂的语句;
在函数体中中止代码段的处理。

好像有点抽象,那我们就来具体一些,通过代码来聊聊这些用法。

也强烈建议您在平常的项目中把这些小技巧用起来,模仿是第一步,先僵化-再优化-最后固化,这是提高编程能力的最有效方法。
时间久了,用的多了,这些东西就是属于你的。

在宏定义中的妙用

错误的宏定义

// 目的:把两个参数分别自增一下
#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 \n", i, j);
    return 0;
}

测试一下,结果没有问题(代码的目的就是让i和j这个2个变量都自增1):

i = 2, j = 2

而且OPT(i, j);中,最后的分号还可以省略,编译和结果都没有问题。

但是估计没有谁会在项目中这么使用宏吧?!看一下下面这个例子:
在调用OPT宏的外层添加一个if条件判断

#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 \n", i, j);
    return 0;
}

打印结果是:

i = 1, j = 2

问题出现了:我们的本意是if条件为假,这2个变量都不要自增,但是输出结果却是:第二个参数自增了

其实问题很明显,把宏扩展开就一目了然了。

if(0)
    a++; b++;

错误原因一目了然:由于if语句没有用大括号{}把需要执行的代码全部包裹住,导致只有a++;语句是在if语句的控制范围,而b++;语句无论如何都被执行了。

也许你会说,这个简单,使用if时,必须加上大括号{}。道理是没错,如果这个宏定义只有你自己使用,这不成问题。但是如果宏定义是你写的,而使用者是你的同事,那么你怎么要求别人必须按照你所规定的格式来编码?毕竟每个人的习惯是不一样的。

很多时候,要求别人是不现实的。更有效的方法是优化自己的输出,提供更安全的代码,让别人想犯错误都没机会。

比较好的宏定义

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)

也就是说,只要宏定义中存在多条语句,就可以用do-while把这些语句全部包裹起来,这样无论怎么使用这个宏,都不会有问题。

例如:

if(0)
    OPT(i, j);

宏扩展之后代码为:

if(0)
    do {
        a++;
        b++;
    }while(0);

如果给if加上大括号,视觉上会更好一些:

if(0) {
    OPT(i, j);
}

宏扩展之后代码为:

if(0) {
    do {
        a++;
        b++;
    }while(0);
}

可以看到,无论是否加上大括号{},从语法和语义上都不存在问题。

这里还有一个小细节可以留意一下:OPT(i,j);这行代码中,尾部是加了分号的。

如果没有加分号,那么宏扩展之后代码为:

if(0)
    do {
        a++;
        b++;
    }while(0) // 注意:这里没有分号

因为while(0)没有分号,所以编译会出错。为了不对宏的使用者提出要求,可以在宏的最后加一个分号即可,如下:

#define OPT(a, b)   do{a++;b++;}while(0);

小结:使用do-while语句来包裹宏定义中的多行语句,解决了宏定义的安全问题。

但是,任何事情都不可能是完美的,例如:在宏定义中使用do-while就无法返回一个结果。

也就是说:如果我们需要从宏定义中返回一个结果,那么do-while就派不上用场了。那应该怎么办?

另一个也不错的宏定义

如果宏定义需要返回一个结果,最好的方式就是:使用({...})把宏定义中的多行语句包裹起来。如下:

#define ADD(a, b, c) ({ ++a; ++b; c=a+b; })

int i = 1;
int j = 2;
int k;
printf("k = %d \n", ADD(i, j, k));

下面这张图来自GNU官方文档:

你只用do-while来实现循环?太浪费了!

翻译过来就是:

GNU C中,在圆括号()中写复杂语句是合法的,这样你就可以在一个表达式中使用循环、switch、局部变量了。
什么是复杂语句呢?就是被大括号{}包裹的多行语句。
在上面的实例中,圆括号要放在大括号的外层。

使用({...})定义宏,因为是多行语句,可以返回一个结果,比do-while更胜一筹。

这里既然提到了在宏定义中使用局部变量,那我们再提供一个小技巧来提高代码的执行效率。

看一下这个宏定义:

#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);

宏扩展之后, a或者b中,肯定有一个被计算2次。当然,这里的示例比较简单,体现不出差距。如果是对时间要求特别苛刻的场合,计算量又很大,那么这个宏中由于两次计算所耗费的时间就必须考虑了,那应该如何优化呢?使用局部变量

#define max(a,b)  ({ int _a = (a), _b = (b); _a > _b ? _a : _b; })

通过增加局部变量_a和_b来缓存计算结果,就消除了2次计算的问题。

这个例子还可以再继续优化,这里的局部变量类型是int,这是写死的,只能比较两个整型的变量。如果写成这样:

#define max(a, b)  ({ typeof(a) _a = (a), _b = (b); _a > _b ? _a : _b; })

也就是用typeof来动态获取比较变量的类型,这样的话,任何数值类型的变量都可以使用这个宏了。

关于typeof的说明,请看GNU的这张图,在文末的参考链接中,可以看到更加详细的官方说明。

你只用do-while来实现循环?太浪费了!

在函数体中的妙用

先来看2段代码。

函数功能:返回错误代码对应的错误字符串

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:一个设计良好的函数只有一个出口,也就是return语句,但是这个函数有这么多的return语句,是不是显得很乱?示例代码体积很小,似乎没有感觉。但是上百行的函数在项目中还是比较常见的,在这种情况下如果给你来个十几个return语句,你会不会想把写代码的那个家伙拎过来扇几巴掌?

函数功能:通过TCP Socket连接服务器

void connect_server(char *ip, int port)
{
    int ret, sockfd;
    sockfd = socket(...);
    if (sockfd < 0) {
        printf("socket create failed! \n");
        goto end;
    }

    ret = connect(sockfd, ...);
    if (ret < 0) {
        printf("connect failed! \n");
        goto end;
    }

    ret = send(sockfd, ...)
    if (ret < 0) {
        printf("send failed! \n");
        goto end;
    }

end:
    其他代码
}

思考:TCP socket编程中,需要按照固定的顺序调用多个系统函数。这段代码中调用系统函数后,对结果进行了检查,这是非常好的习惯。如果在某个调用中发生错误,需要中止后面的操作,进行错误处理。虽然C语言中不禁止goto语句的使用,但是看到这么多的goto,难道就没有美观、更优雅的做法吗?

总结一下上面这2段代码,它们共同的特点是:

在一连串的语句中,只需要执行一部分的语句,也就是从代码块的某个中间位置中止执行。

中止执行,我们首先想到的就是break关键字,它主要用在循环和switch语句中。do-while循环语句首先执行循环体,在尾部才进行循环的判断。 那么就可以利用这一点来解决这2段代码面对的问题。

解决多个return的问题

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;
}

解决goto的问题

void connect_server(char *ip, int port)
{
    int ret, sockfd;
    do {
        sockfd = socket(...);
        if (sockfd < 0) {
            printf("socket create failed! \n");
            break;
        }

        ret = connect(sockfd, ...);
        if (ret < 0) {
            printf("connect failed! \n");
            break;
        }

        ret = send(sockfd, ...)
        if (ret < 0) {
            printf("send failed! \n");
            break;
        }
    }while(0);

    其他代码
}

这样的代码,是不是看起来顺眼多了?

总结

do-while的主要作用是循环处理,但是在这篇文章中,我们利用的点并不是循环功能,而是代码块的包裹和中止执行的功能。这些细小的点在一些牛逼的开源代码中很常见,看到了我们就要学习、模仿、使用,用的多了它就是你的了!

是不是开始喜欢上do-while语句了?

参考文档:

[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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