準(zhǔn)確的程序流控制
如何使程序的流程控制清晰、準(zhǔn)確，不產(chǎn)生混淆的表達(dá)呢?MISRA-C給出了很多的相關(guān)規(guī)定，使程序流的控制變得規(guī)范，避免產(chǎn)生各種混淆和不確定性，從而最大程度上減少程序流控制中的失誤，并使程序的維護(hù)更加容易。
下面從幾個(gè)例子出發(fā)，講述這些混淆是如何產(chǎn)生的，最后給出MISRA-C關(guān)于程序流控制的相關(guān)規(guī)則，幫助讀者規(guī)范編程的習(xí)慣。
1 容易混淆的表達(dá)方式
先來(lái)看這樣兩段代碼：
在C標(biāo)準(zhǔn)中，條件語(yǔ)句需要的是布爾值，條件語(yǔ)句表達(dá)式的布爾值實(shí)際上是按照整型處理的，所以這兩段代碼在語(yǔ)法和邏輯上都沒(méi)有任何問(wèn)題。第一段代碼判斷x是否等于y．如果相等，調(diào)用foo()函數(shù)；第二段代碼首先將y的值賦給x，然后判斷x是否為O，如果不為0，調(diào)用foo()函數(shù)。這兩段代碼只相差一個(gè)等號(hào)，卻使判斷條件大不相同，程序的執(zhí)行流程會(huì)出現(xiàn)很大差別。
相信讀者在寫(xiě)程序的時(shí)候都碰到過(guò)將“==”這個(gè)判斷語(yǔ)句誤寫(xiě)成賦值語(yǔ)句“=”的情況。那么面對(duì)這兩個(gè)語(yǔ)句時(shí)，如何能快速準(zhǔn)確地判斷這是正確的還是程序員的失誤呢?當(dāng)程序比較簡(jiǎn)單的時(shí)候，很容易判斷，但當(dāng)程序流程比較復(fù)雜的時(shí)候，可能花費(fèi)大量時(shí)間還難以給出確定的答案，而這些地方極有可能是有錯(cuò)誤的。
這樣的混淆，事實(shí)上是可以輕松避免的，MISRA-C提出了如下強(qiáng)制性的規(guī)則。
規(guī)則13．1：賦值表達(dá)式不能用在需要布爾值的地方。按照MISRA-C的標(biāo)準(zhǔn)，第二段代碼應(yīng)該寫(xiě)成：
這樣，當(dāng)看到需要布爾值的地方出現(xiàn)了賦值表達(dá)式，就可以立即判斷這是一個(gè)錯(cuò)誤。在這條規(guī)則下，如下的表達(dá)也是不允許的：
與這條規(guī)則類似，MISRA-C還提出了如下推薦的規(guī)則，來(lái)避免整型變量和布爾型的混淆。
規(guī)則13.2(推薦)；判斷一個(gè)值是否為0應(yīng)該是顯式的，除非該操作數(shù)是一個(gè)布爾值。
這條規(guī)則禁止了如下的表達(dá)：
同樣，這段代碼在語(yǔ)法和邏輯上也沒(méi)有任何問(wèn)題，編譯器也不會(huì)給出任何錯(cuò)誤或者警告。在程序執(zhí)行中，當(dāng)x等于l的時(shí)候，將b的值賦給a，然后將a加2，退出；當(dāng)x等于2的時(shí)候，直接將a的值加2，接著退出。但這兒很可能是一段錯(cuò)誤的代碼，程序員的本意有可能是x等于1時(shí)，將b的值賦給a，當(dāng)x等于2時(shí)，直接將a的值加2。
為了避免這樣的混淆，MISRA-C提出了如下強(qiáng)制性的規(guī)則。
規(guī)則15.2：所有非空的switch 子句都應(yīng)該以break語(yǔ)句結(jié)束。
按照這條規(guī)則，上面的程序應(yīng)該寫(xiě)成：
MISRA-C中還有一些防止程序流控制中出現(xiàn)混淆的規(guī)則。
規(guī)則13．5：for語(yǔ)句中的3個(gè)表達(dá)式只能和循環(huán)控制相關(guān)。第一個(gè)表達(dá)式只能為循環(huán)變量賦初值，第二個(gè)表達(dá)式只能進(jìn)行循環(huán)條件的判斷，第三個(gè)表達(dá)式只能進(jìn)行循環(huán)變量增(減)值。
規(guī)則13.6：for循環(huán)中，循環(huán)變量只能在for語(yǔ)句的第三個(gè)表達(dá)式中修改，不允許在循環(huán)體中修改。
規(guī)則13.7：布爾表達(dá)式的值必須是可以改變的。
例如，如下代碼是不允許的：
錯(cuò)誤在于該條件判斷的結(jié)果始終為真。
規(guī)則14.1：不能存在無(wú)法執(zhí)行到的代碼。
規(guī)則14.2：非空語(yǔ)句必須要么產(chǎn)生副作用(side effect)；或者使程序流程改變。
例如，下面的代碼是不允許的：
…
x>=3；
…
錯(cuò)誤在于x和3比較的結(jié)果被丟棄了。
規(guī)則14.3：一行中如果有空語(yǔ)句，那么該行只能有這條空語(yǔ)句，不能有別的語(yǔ)句，并且在這條空語(yǔ)句前不能有注釋，注釋必須在其后，用空格隔開(kāi)。
例如，如下的代碼都是不允許的；
其中①的錯(cuò)誤是除了空語(yǔ)句還有一條語(yǔ)句；②的錯(cuò)誤是在空語(yǔ)句前有注釋；③的錯(cuò)誤是空語(yǔ)句與注釋沒(méi)用空格隔開(kāi)。
規(guī)則14.8：switch、while、d0．．．while和for語(yǔ)句的主體必須是復(fù)合語(yǔ)句(即用大括號(hào)包含)，即使該主體只包含一條語(yǔ)句。
例如，如下代碼是符合MISRA-C標(biāo)準(zhǔn)的：
規(guī)則14.9：if結(jié)構(gòu)后面必須是一個(gè)復(fù)合語(yǔ)句(即用大括號(hào)包含)，else后面必須是一個(gè)復(fù)合語(yǔ)句(即用大括號(hào)包含)或者另一個(gè)if語(yǔ)句。
規(guī)則15.1：switch語(yǔ)句的主體必須是復(fù)合語(yǔ)句(即用大括號(hào)包含)。
規(guī)則15.2：所有非空的switch子句都應(yīng)該用break語(yǔ)句結(jié)束。
規(guī)則15.3t switch的最后一個(gè)子句必須是default子句，如果default中沒(méi)有包含任何語(yǔ)句，那么應(yīng)該有注釋來(lái)說(shuō)明為什么沒(méi)有進(jìn)行任何操作。
規(guī)則15.4：switch表達(dá)式不能是一個(gè)有效的布爾值。
例如，下面的代碼是不允許的：
switch(x==0)
{…)
規(guī)則15.5：switch語(yǔ)句必須至少包含一個(gè)case子句。
2 導(dǎo)致混亂的表達(dá)方式
在C語(yǔ)言中，有一些表達(dá)方式可以使程序的代碼量減少，但卻會(huì)使程序的結(jié)構(gòu)化程度降低，流程控制變得混亂，可讀性大大降低?？聪旅嬉欢未a：
if(a>0x02)
{
loopl：b+=1；
if(c>0xA0){
goto loop3 ；
這段代碼讀起來(lái)很困難。實(shí)際編程時(shí)，程序員實(shí)現(xiàn)這段功能的代碼自然不會(huì)這樣寫(xiě)，但是當(dāng)程序流程復(fù)雜的時(shí)候，各種看起來(lái)能使編程工作變得輕松的表達(dá)，例如goto、continue等語(yǔ)句，卻會(huì)使程序流程變得混亂，可讀性降低，而隱藏其中的問(wèn)題，很可能就無(wú)法發(fā)現(xiàn)了。
針對(duì)這種情況，MISRA-C給出了下面幾條強(qiáng)制規(guī)則。
規(guī)則14.4：不允許使用goto語(yǔ)句。
規(guī)則14.5：不允許使用continue語(yǔ)句。
規(guī)則14.6：循環(huán)體中最多只能出現(xiàn)一個(gè)break語(yǔ)句用于結(jié)束循環(huán)。
規(guī)則14.7：函數(shù)只能有一個(gè)出口，這個(gè)出口必須在函數(shù)末尾。
規(guī)則14.10：if...else if結(jié)構(gòu)必須由一個(gè)else子句結(jié)束。
當(dāng)if語(yǔ)句后面有一個(gè)或者多個(gè)else if語(yǔ)句時(shí)，最后的一個(gè)elseif必須有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的else語(yǔ)句。如果只有一個(gè)if語(yǔ)句時(shí)，else不是必須的。
3 不確定的執(zhí)行結(jié)果
除了導(dǎo)致混淆和混亂的表達(dá)外，還有一些對(duì)浮點(diǎn)數(shù)的操作會(huì)導(dǎo)致不確定的結(jié)果。來(lái)看如下一段代碼：
f1oat32_t x，y ；
… ／*一些運(yùn)算*／
if(x==y)
{…}
if的條件無(wú)法肯定什么情況為真。這是因?yàn)楦↑c(diǎn)數(shù)在計(jì)算機(jī)中無(wú)法用二進(jìn)制精確表示，其運(yùn)算總會(huì)存在舍入和切斷誤差，很多人看起來(lái)相等的結(jié)果，但計(jì)算機(jī)給出的兩個(gè)浮點(diǎn)數(shù)并不相等，所以上面代碼中if的主體語(yǔ)句什么情況執(zhí)行是不確定的。MISRA-C給出了兩條相關(guān)的規(guī)定來(lái)解決這一問(wèn)題。
規(guī)則13.3：不允許對(duì)浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行相等或者不相等的比較，即使是非直接的比較也是不允許的。
例如，如下非直接的比較也是不允許的：
float3Z_t x，y；
if(x<=Y)
{…}
規(guī)則13.4：for循環(huán)的控制表達(dá)式不應(yīng)包含浮點(diǎn)數(shù)類型。
3 小結(jié)
好的代碼，要安全可靠、有很好的可讀性和可維護(hù)性。在C語(yǔ)言中，一些表達(dá)方式，可能會(huì)稍微減少程序員編程的工作量，但卻會(huì)使程序的流程變得難以判斷，其中的錯(cuò)誤可能就無(wú)法發(fā)現(xiàn)。
按照MISRA-C的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)寫(xiě)代碼，就可以避免程序流程產(chǎn)生混淆和混亂，排除其中的不確定因素，使程序真正按照程序員設(shè)想的工作，并使代碼更清晰易懂，真正實(shí)現(xiàn)安全可靠，并具有良好的可讀性和可維護(hù)性。
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