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准确的程序流控制

发布时间:2007/8/24 0:00:00 访问次数:559

来源:单片机及嵌入式系统应用  作者:清华大学 张首钊 邵贝贝

程序的执行流程是由条件判断、跳转和循环构成的,没有任何一个程序会缺少程序流的控制。那么像if、for、while、switch等这些程序员无比熟悉的语句也存在隐患吗?事实上,C语言是很灵活的,这种灵活性给程序员编写代码带来了很多便利,但同时也带来了很多容易导致混淆的表达。这些表达完全符合C语言标准,但有时程序员也难以发现自己犯了错误,最终的结果是使程序进入错误的执行流程。即使程序员没有犯错误,但有些容易混淆的表达也会给其他人读懂程序带来困扰,使程序的维护变得困难。除此以外,有少量控制流程的方式还会产生不确定的运行结果,而这些结果也不容易被发觉。

如何使程序的流程控制清晰、准确,不产生混淆的表达呢?MISRA-C给出了很多的相关规定,使程序流的控制变得规范,避免产生各种混淆和不确定性,从而最大程度上减少程序流控制中的失误,并使程序的维护更加容易。

下面从几个例子出发,讲述这些混淆是如何产生的,最后给出MISRA-C关于程序流控制的相关规则,帮助读者规范编程的习惯。

1 容易混淆的表达方式
先来看这样两段代码:



在C标准中,条件语句需要的是布尔值,条件语句表达式的布尔值实际上是按照整型处理的,所以这两段代码在语法和逻辑上都没有任何问题。第一段代码判断x是否等于y.如果相等,调用foo()函数;第二段代码首先将y的值赋给x,然后判断x是否为O,如果不为0,调用foo()函数。这两段代码只相差一个等号,却使判断条件大不相同,程序的执行流程会出现很大差别。

相信读者在写程序的时候都碰到过将“==”这个判断语句误写成赋值语句“=”的情况。那么面对这两个语句时,如何能快速准确地判断这是正确的还是程序员的失误呢?当程序比较简单的时候,很容易判断,但当程序流程比较复杂的时候,可能花费大量时间还难以给出确定的答案,而这些地方极有可能是有错误的。

这样的混淆,事实上是可以轻松避免的,MISRA-C提出了如下强制性的规则。
规则13.1:赋值表达式不能用在需要布尔值的地方。按照MISRA-C的标准,第二段代码应该写成:



这样,当看到需要布尔值的地方出现了赋值表达式,就可以立即判断这是一个错误。在这条规则下,如下的表达也是不允许的:



与这条规则类似,MISRA-C还提出了如下推荐的规则,来避免整型变量和布尔型的混淆。

规则13.2(推荐);判断一个值是否为0应该是显式的,除非该操作数是一个布尔值。

这条规则禁止了如下的表达:



同样,这段代码在语法和逻辑上也没有任何问题,编译器也不会给出任何错误或者警告。在程序执行中,当x等于l的时候,将b的值赋给a,然后将a加2,退出;当x等于2的时候,直接将a的值加2,接着退出。但这儿很可能是一段错误的代码,程序员的本意有可能是x等于1时,将b的值赋给a,当x等于2时,直接将a的值加2。

为了避免这样的混淆,MISRA-C提出了如下强制性的规则。

规则15.2:所有非空的switch 子句都应该以break语句结束。
按照这条规则,上面的程序应该写成:



MISRA-C中还有一些防止程序流控制中出现混淆的规则。
规则13.5:for语句中的3个表达式只能和循环控制相关。第一个表达式只能为循环变量赋初值,第二个表达式只能进行循环条件的判断,第三个表达式只能进行循环变量增(减)值。

规则13.6:for循环中,循环变量只能在for语句的第三个表达式中修改,不允许在循环体中修改。

规则13.7:布尔表达式的值必须是可以改变的。
例如,如下代码是不允许的:



错误在于该条件判断的结果始终为真。
规则14.1:不能存在无法执行到的代码。
规则14.2:非空语句必须要么产生副作用(side effect);或者使程序流程改变。

例如,下面的代码是不允许的:



x>=3;



错误在于x和3比较的结果被丢弃了。

规则14.3:一行中如果有空语句,那么该行只能有这条空语句,不能有别的语句,并且在这条空语句前不能有注释,注释必须在其后,用空格隔开。
例如,如下的代码都是不允许的;


来源:单片机及嵌入式系统应用  作者:清华大学 张首钊 邵贝贝

程序的执行流程是由条件判断、跳转和循环构成的,没有任何一个程序会缺少程序流的控制。那么像if、for、while、switch等这些程序员无比熟悉的语句也存在隐患吗?事实上,C语言是很灵活的,这种灵活性给程序员编写代码带来了很多便利,但同时也带来了很多容易导致混淆的表达。这些表达完全符合C语言标准,但有时程序员也难以发现自己犯了错误,最终的结果是使程序进入错误的执行流程。即使程序员没有犯错误,但有些容易混淆的表达也会给其他人读懂程序带来困扰,使程序的维护变得困难。除此以外,有少量控制流程的方式还会产生不确定的运行结果,而这些结果也不容易被发觉。

如何使程序的流程控制清晰、准确,不产生混淆的表达呢?MISRA-C给出了很多的相关规定,使程序流的控制变得规范,避免产生各种混淆和不确定性,从而最大程度上减少程序流控制中的失误,并使程序的维护更加容易。

下面从几个例子出发,讲述这些混淆是如何产生的,最后给出MISRA-C关于程序流控制的相关规则,帮助读者规范编程的习惯。

1 容易混淆的表达方式
先来看这样两段代码:



在C标准中,条件语句需要的是布尔值,条件语句表达式的布尔值实际上是按照整型处理的,所以这两段代码在语法和逻辑上都没有任何问题。第一段代码判断x是否等于y.如果相等,调用foo()函数;第二段代码首先将y的值赋给x,然后判断x是否为O,如果不为0,调用foo()函数。这两段代码只相差一个等号,却使判断条件大不相同,程序的执行流程会出现很大差别。

相信读者在写程序的时候都碰到过将“==”这个判断语句误写成赋值语句“=”的情况。那么面对这两个语句时,如何能快速准确地判断这是正确的还是程序员的失误呢?当程序比较简单的时候,很容易判断,但当程序流程比较复杂的时候,可能花费大量时间还难以给出确定的答案,而这些地方极有可能是有错误的。

这样的混淆,事实上是可以轻松避免的,MISRA-C提出了如下强制性的规则。
规则13.1:赋值表达式不能用在需要布尔值的地方。按照MISRA-C的标准,第二段代码应该写成:



这样,当看到需要布尔值的地方出现了赋值表达式,就可以立即判断这是一个错误。在这条规则下,如下的表达也是不允许的:



与这条规则类似,MISRA-C还提出了如下推荐的规则,来避免整型变量和布尔型的混淆。

规则13.2(推荐);判断一个值是否为0应该是显式的,除非该操作数是一个布尔值。

这条规则禁止了如下的表达:



同样,这段代码在语法和逻辑上也没有任何问题,编译器也不会给出任何错误或者警告。在程序执行中,当x等于l的时候,将b的值赋给a,然后将a加2,退出;当x等于2的时候,直接将a的值加2,接着退出。但这儿很可能是一段错误的代码,程序员的本意有可能是x等于1时,将b的值赋给a,当x等于2时,直接将a的值加2。

为了避免这样的混淆,MISRA-C提出了如下强制性的规则。

规则15.2:所有非空的switch 子句都应该以break语句结束。
按照这条规则,上面的程序应该写成:



MISRA-C中还有一些防止程序流控制中出现混淆的规则。
规则13.5:for语句中的3个表达式只能和循环控制相关。第一个表达式只能为循环变量赋初值,第二个表达式只能进行循环条件的判断,第三个表达式只能进行循环变量增(减)值。

规则13.6:for循环中,循环变量只能在for语句的第三个表达式中修改,不允许在循环体中修改。

规则13.7:布尔表达式的值必须是可以改变的。
例如,如下代码是不允许的:



错误在于该条件判断的结果始终为真。
规则14.1:不能存在无法执行到的代码。
规则14.2:非空语句必须要么产生副作用(side effect);或者使程序流程改变。

例如,下面的代码是不允许的:



x>=3;



错误在于x和3比较的结果被丢弃了。

规则14.3:一行中如果有空语句,那么该行只能有这条空语句,不能有别的语句,并且在这条空语句前不能有注释,注释必须在其后,用空格隔开。
例如,如下的代码都是不允许的;


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