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C/C++為什么要專門設計個do…while?

時間:2024-02-10

最初do ... while的出現,更多的是作為循環控制流的一種語法糖。因為不論是while 還是 for循環,都是要先判斷是否滿足進入循環體的條件的。滿足條件之后才能進入循環去執行循環體內的操作。

而有些時候,第一次的執行邏輯我們不需要滿足循環條件,也要執行。這時候就可以用do ... while。舉個例子,前幾天的LeetCode每日一題 869. 重新排序得到2的冪,剛好遇到這么一個場景:

給定正整數 N ,我們按任何順序(包括原始順序)將數字重新排序,注意其前導數字不能為零。如果我們可以通過上述方式得到 2 的冪,返回 true;否則,返回 false。


https://leetcode-cn.com/problems/reordered-power-of-2/

解題偷懶的話,可以直接用STL的排列相關的函數next_permutation來解答:

class Solution {
public:
    bool reorderedPowerOf2(int n) {
        auto check = [](int n) {
            return (n&(n-1)) == 0;
        };

        string s = to_string(n);
        int len = s.size();
        sort(s.begin(), s.end());

        do {
            if (s[0] == '0') {
                continue;
            }
            if (check(stoi(s))) {
                return true;
            }
        } while (next_permutation(s.begin(), s.end()));

        return false;
    }
};

本題,在我們將字符串sort()以后,變成了字典升序,然后每次通過調用next_permutation() 修改字符串s,變成其中字母的下一個排列。當不存在下一個排列的時候(字符串已經變成字典序逆序),返回false。

在一開始進來的時候不能

        while (next_permutaion(s.begin(), s.end()) {
            if (s[0] == '0') {
                continue;
            }
            if (check(stoi(s))) {
                return true;
            }
        }

因為這樣會導致sort完成的那個s(升序)沒有參與到check的計算,造成遺漏。

如果不能do ... while就只能這樣寫:

        sort(s.begin(), s.end());

        if (s[0] != '0' && check(stoi(s))) {
            return true;
        }
        while (next_permutation(s.begin(), s.end())) {
            if (s[0] == '0') {
                continue;
            }
            if (check(stoi(s))) {
                return true;
            }
        }

在while執行之前做一次check計算,然后才進入while。邏輯上當然沒問題,只是造成了代碼冗余。

當然這是do ... while最初的用法,后面程序員們集思廣益,又利用do ... while的特性發明了獨特了 do ... while(0)的特殊使用場景

do ... while(0) 搭配宏函數的定義

C和C++語言中有宏的概念,而Java沒有,所以這個條款對Java程序員沒有用。

在C/C++中,有時候我們可能用宏來定義“函數”。我們都知道其本質還是宏,而非函數。所以其實還是在編譯預處理階段進行代碼文本的暴力替換!而如果你定義的宏函數中的代碼,被插入的位置,附近有括號或分號,有時候常常不能如你所愿的編譯運行。

而do ... while(0)構造的代碼塊則不會受到大括號、分號等的影響。不管你把你的宏函數放到任何地方都不會出錯。

比如Redis源碼中就有大量的這種用法,下面這段出自zmalloc的源碼:

#define update_zmalloc_stat_alloc(__n) do { \
    size_t _n = (__n); \
    if (_n&(sizeof(long)-1)) _n += sizeof(long)-(_n&(sizeof(long)-1)); \
    if (zmalloc_thread_safe) { \
        update_zmalloc_stat_add(_n); \
    } else { \
        used_memory += _n; \
    } \
} while(0)


do ... while(0) 中斷順序執行的邏輯

這個條款適用于C、C++、Java等有do ... while用法的語言。由于Java中int和bool不能轉換,所以在Java中是:

do {
while (false);

下面言歸正傳,關于這個用法,其實我在之前這篇文章的條款7也介紹過了。

C++代碼簡化之道(一)

概括一下,函數(或方法)中一段順序邏輯,依次經歷1,2,3三個步驟,然后是其他邏輯(比如 4, 5)。其中1,如果失敗就不執行2,2如果失敗不執行3。就是邏輯中斷之后直接跳到4和5。容易想到的實現思路有三:

  1. 把步驟1, 2,3抽象成函數。每次判斷函數的返回值,成功才調用下一個函數。OK。這樣沒問題。但是如果這種類似的邏輯很多,就要抽成很多個函數,而每個函數內只有寥寥幾行代碼。未免啰嗦。
  2. 使用異常。如果是Java語言應該很習慣用異常來實現這個邏輯,把順序邏輯封在try catch塊里。每個步驟失敗直接throw異常。OK,C++也可以寫類似的代碼。然而C++用異常隱患很多,不如Java安全,很多工程規范都竭力避免拋異常。另外就是拋異常也不是無開銷的,而且這里只是邏輯中斷,邏輯上也不算『異常』,通過throw異常和catch異常的方式未免影響代碼可讀性……
  3. goto【Java沒有,C和C++有】確實看過一些代碼確實在這種場合使用過goto。當然我們要嚴厲禁止goto。這個方案直接略過。

其實還有第4種方案:do while(0)

do {
    // 步驟1
    ...
    if (步驟1失敗) {
        break;
    }
    // 步驟2
    ...
    if (步驟2失敗) {
        break;
    }
    // 步驟3
    ...
    if (步驟3失敗) {
        break;
    }
while(0);

// 步驟4
...
// 步驟5
...

這個其實也適用于其他用do while的語言,不止C++。當然關于這個用法在C++11以后,很多人提出,用立即執行的lambda會更好,表現力會更強一些:

[...](...) { // 通過捕獲或傳參傳入一些上下文中的變量,
             // 用...替代,表示省略 ...不是語法的一部分!
    // 步驟1
    ...
    if (步驟1失敗) {
        return;
    }
    // 步驟2
    ...
    if (步驟2失敗) {
        return;
    }
    // 步驟3
    ...
    if (步驟3失敗) {
        return;
    }
}(); // 比普通lambda表達式多了一個括號,表示立即執行

這種匿名的、定義處立即執行的lambda,也叫IIFE(Immediately Invoked Function Expression) ,翻譯成:立即調用函數表達式。IIFE是Javascript中的概念,見國外有些人也把C++的這種lambda表達式用法稱作IIFE,私以為可能不是C++這邊的官方說法。

Anyway,不過其實IIFE的風格,代碼量上也并沒有比do ... while(0)減少多少,而且還要額外的傳參或捕獲。支持者們認為,這里面的return中斷邏輯,要比do ... while(0)的 break表達中斷要好。這個……見仁見智吧。

為什么空類大小是1


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