C语言中的goto

只看该作者 · 2010-7-15 10:01

所有的教科书都说，goto尽量少用，

我突然发现，goto有时候用起来也是很美妙，

只看该作者 · 2010-11-9 00:39

DIJKSTRA 的 “GOTO 有害“：

最近几年我观察到，程序员素质与他们编写的program中go to语句的使用频率成反比。最近，我又发现了使用go to语句会产生灾难性后果的原因；并且越来越确信在“高级”程序设计语言中（除了原始机器语言的所有程序设计语言），应该禁止使用go to语句。以前，我对这个发现没有足够重视；而最近的几次关于这个问题的讨论，使我认为自己有必要向公众阐述我的想法。

更重要的是，这些索引的值是不受程序员控制的；无论他们是否愿意，索引都会被生成（不是被程序员的program所明确写出，就是被process动态生成）。他们提供了描述process进程的独立坐标系。

那么，为什么我们需要这样的独立坐标系呢？原因是——并且看上去更像是连续process的固有属性——我们只能通过process的过程来解释一个变量的值。如果我们需要计算一个房间中的人数，比如说n，初始值为0；那么我们必须在每一次看见有人进入房间时增加n。在中间的某个时候，如果我们看见一个人进入房间却没有增加n，那么n的值将比屋内实际的人数少1！

滥用go to语句会立刻使得在process过程中寻找有意义的、描述该process的坐标系变得异常困难。通常，人们也很重视那些经过精心选择的变量的值，但是毫无疑问，这是因为这些与该过程相关的变量是可以被理解的。使用go to语句，人们当然还可以从program一开始就唯一的计算一组动作来描述这个过程（即：一种规格化的时钟）。困难的是，这样的坐标系，尽管唯一，但是却完全没有用处。在这样一个坐标系中，定义过程中的这些点变得异常困难，比如说，证明n等于房间中人数减1！

go to语句看上去太原始了；并且很容易使得program变得混乱。我们可以乐观的考虑使用从句来抑制go to语句的使用。我并不认为上面提及的从句可以满足任何需求，但是无论如何，从句可以使程序设计者，以一种有益的并且是可操作的方式，建立独立的坐标系来描述process。

很难以一种公正的角度来结束本文。我是不是因为受某人的影响而变得太武断了？很明显，我受到了Peter Landin和Christopher Stracher的影响。最后，我想应该写下（对此我印象很深刻）Heinz Zemanek在1959年年初于Copenhagen召开的pre-ALGOL会议上的一段话。话中明确地表示：他怀疑，在任务语句和语法层面上，go to语句能否与其它语句一样被同等对待。谦虚地说，我应该责备自己没有重视他的论述。

不使用go to语句的论点不是什么新观点。我记得曾经读过一篇明确说明应该限制go to语句的建议性**，但是现在无法找到它的出处了；推算起来，它可能是C. A. R. Hoare写的。[1, Sec. 3.2.1]中，在建议使用case construction方面，Wirth和Hoare一起得出了结论：“类似条件从句，case construction比起go to语句和switches更能清晰的描述program的动态结构，并且可以大量减少program中标签的使用。”

首先我想说的是，尽管程序设计者的工作在他构建完正确的program时就结束了，但是（不可否认）控制其program走向的process也是他工作中重要的一部分；这是因为正是在这个process中，期望的效果得以完成、动态的行为得以令人满意的按照计划实行。并且一旦program写好以后，就该由机器替代执行相应的process了。

其次我想说的是，人类的思维很适宜掌控静态联系，而形象化的能力却相对较弱。正是由于这个原因，我们应该（就像优秀的程序员了解自身的局限性一样）尽可能缩短静态program与动态process之间的概念差异；尽可能使program（在文本上展开）与process（在空间上展开）的相关性尽量密切。

现在来考虑如何描述一个process的过程。（您可以用一种很具体的方式来思考这个问题：假设process是一段时间内的一串连续动作，并且它在一个任意动作之后结束，那么使用什么样的数据能够使我们在同一点上重新执行这个process呢？）如果我们说，program文本是一串纯粹的任务语句（为了讨论，仅考虑它是单一动作），那么我们绝对可以找到一个点，这个点处在两个连续动作描述之间。（如果没有go to语句，我保证上个句子中的最后三个单词（连续动作描述）会有歧义：如果我们断句为“连续的动作描述”，其意思是连续的文本空间；如果断句为“连续动作的描述”，其意思时连续的时间。）我们不妨将这些在文本中恰当位置出现的点称作一个“文本索引textual index”。

当我们引入条件从句（if B then A）、二选一的选择从句（if B then A1 else A2）、由C. A. R. Hoare发明的多选一的选择从句（case[i] of (A1, A2, …, An)），或者由J. McCarthy发明的条件表达式（B1 → E1, B2 → E2, …, Bn → En）以后，process的过程中必存在一个文本索引。

在语言中引入procedure以后，我们必须承认一个单独的文本索引不再有效。由于文本索引指向procedure体内部，其动态过程只有当我们引用这个procedure时，才会被刻画。在procedure内部，我们可以通过文本索引序列刻画这个process的过程。序列的长度等价于procedure被动态调用的深度。

现在我们考虑循环从句（比如while B repeat A或者repeat A until B）。逻辑上讲，这样的从句是多余的，因为我们可以用递归的procedures来描述循环。但是由于现实如此，所以我也不想排除循环从句：一方面，循环从句可以通过现在的有穷设备很方便的实现；另一方面，被称作“归纳”的推理模式可以使我们的思维仅仅抓住由循环从句产生的过程。在循环从句的内部，文本索引对于描述process的动态过程不再有效。然而，在循环从句的每一次进入时，我们可以联合使用一种叫做“动态索引”的机制，客观地计算当前相应循环的循环次数。因为循环从句可以嵌套使用（就像procedure被调用一样），我们会发现，现在的process过程可以被文本或者动态的混合序列独一无二的描述。