C/C++ GOTO妙用

目录

• GOTO 语句
• 跳出多层循环
• 循环首次部分跳过

GOTO 语句

C/C++ 的 goto 语句用来在一个函数内进行任意跳转，用起来也是很方便。示例如下：

int a() {
    int x = 0, sum = 0;
L1: if (x < 10) {
        x++;
        sum += x;
        goto L1;
    }
    return sum;
}

只需要在函数内部某处加一个标签（Label），通过 goto <label> 即可直接跳转。

但是由于 goto 的跳转比较原始，没有结构化，当程序比较庞大的时候调试起来就比较麻烦，代码可读性会大大降低，因此 E.W.Dijikstra 在 1965 年提出结构化程序设计来规避这种错误，并使代码更易读。很多时候我们尽量避免使用 goto 语句，转而使用其他的结构化方式。

尽管如此，也有一些地方使用 goto 语句相比结构化的方式更加高效。以下给出若干例子。

跳出多层循环

跳出循环的语句是 break，跳过一次循环的语句是 continue，但它们仅能跳出/跳过一层循环。当需要跳出多层循环时，可以考虑使用 goto 语句：

LOOP: for (...) // loop 1
  for (...) // loop 2
    for (...) // loop 3
      if (...)
        goto LOOP;

此处的 goto 语句从第三层循环跳到第一层循环，相当于在第一层循环下执行了 continue 语句。而如果要用结构化的方式来实现，往往要借助条件变量。尽管如此，仍然需要一次次地跳出当前循环：

int flag = 0;
for (...) // loop 1
  for (...) // loop 2
    for (...) { // loop 3
      if (...) {
        flag = 1;
        break;
      }
    }
    if (flag) break;
  }
}

可以看到，这次除了引入一个 flag 变量外，用了两个 break 语句才实现了等价功能。

很多高级语言都不支持 goto 语句以防止可能遇到的问题，比如 Java。但是 Java 支持用 break <label> 和 continue <label> 来支持多层循环的跳出与跳过，比如该 goto 语句示例在 Java 中的等价写法是把 goto 关键字换成 continue。因此，这种用法不应该被嫌弃。

循环首次部分跳过

如果把一个循环体分为前后两部分 A 和 B，那么循环展开后的执行情况为：

ABABABAB...ABAB

但是，很多情况下我们可能要求跳过第一次运行的 A 或者最后一次运行的 B，那么实际的运行情况为：

BABABAB...ABAB

最经典的例子就是打印一个数组且要求结尾没有空格。此时可以考虑使用 goto 语句：

void print_array(int arr[], int n) {
  int i = 0;
  if (i<n) goto PNT;
  for (; i<n; i++) {
    putchar(' '); // A
PNT:
    printf("%d", arr[i]); // B
  }
  puts(); // 换行
}

此时循环展开就完美按照 BABABA...BA 的顺序执行以打印数组。如果不用 goto 语句，那么可以考虑两种方案：

1. 给 A 部分加上条件判断是否为第一次循环。但这样的话，每次循环时都会进行判断，造成不必要的判断过程；
2. 直接把 B 部分代码放到循环前面。但是当 B 部分代码特别多时，该方法会导致严重的代码重复。尽管可以使用函数将 B 部分封装，但是函数调用也会带来额外开销。

相比之下，这种情况使用 goto 语句完全不影响循环体代码，效率更高。

注意，这种情况下要求循环体的循环条件语句尽量简单（大多数情况下是简单的，比如此处的 i<n），因为对于 for、while 等循环会在进入循环前判断一次，因此这种写法通常会在 goto 前加上 if 语句进行同样的循环判断。如果判断语句过长过复杂，同样会造成一定的代码冗余。当然，对于 do-while 循环，其循环条件是在每次循环后判断，此时不必在 goto 跳转前进行判断。

另外，该方法在编写代码时，如果要达到 ABABAB...ABA 的效果，即跳过最后一次循环的后半部分，应该直接在循环体内将 A、B 的顺序调换，并用 goto 语句跳过第一次循环的前半部分。

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