Goto 和 Code Repetition - 在这种情况下可以避免吗？

Question

我最近遇到了一个编程问题，在我看来解决它的最优化方法是使用 goto，尽管这不是一个好习惯。问题是：告诉用户输入一个正自然数（> 0）并读取输入。如果这个数字是有效的，告诉用户那个数字的平方。在输入正确的情况下执行此操作。我想出了一些解决方案，但似乎都有问题。以下是其中两个：
解决方案 1 - 问题：使用 goto

#include <stdio.h>

int main()
{
    int num;

_LOOP:
    printf("Enter a positive natural number: ");
    scanf("%i", &num);

    if (num > 0) {
        printf("Square: %i\n", num * num);
        goto _LOOP;
    }

    printf("Invalid number\n");

    return 0;
}

解决方案 2 - 问题：仔细检查 num > 0（代码重复）

#include <stdio.h>

int main()
{
    int num;

    do {
        printf("Enter a positive natural number: ");
        scanf("%i", &num);

        if (num > 0)
            printf("Square: %i\n", num * num);
    } while (num > 0);
    
    printf("Invalid number\n");

    return 0;
}

显然，有更多的方法可以解决这个问题，但我想出的所有其他方法都没有使用 goto 遇到相同的代码重复问题。那么，是否有一种解决方案可以避免 goto 和代码重复？如果没有，我应该去哪一个？

Answer 1

这是一半的答案；尝试填写缺少的内容。请记住，有时将循环构造为“做某事直到...”而不是“做某事...”

    for (;;) {
        printf("Enter a positive natural number: ");
        scanf("%i", &num);
        if (num <= 0)
            break;
        printf("Square: %i\n", num * num);
    }
    printf("Invalid number\n");

[用@rdbo 的回答更新]

Answer 2

跳出循环怎么样？这基本上是一个 goto 语句到循环结束，没有显式使用 goto。

#include <stdio.h>

int main()
{
    int num;

    while(1) {
        printf("Enter a positive natural number: ");
        scanf("%i", &num);

        if (num > 0) {
            printf("Square: %i\n", num * num);
        } else {
            printf("Invalid number\n");
            break;
        }
    }

    return 0;
}

Answer 3

另一个选项：如果满足继续条件，则检查存储的布尔值。它比无限循环/中断方法（对我而言）更容易阅读，并且没有代码重复。

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

int main()
{
    int num;
    bool bContinue;

    do {
        printf("Enter a positive natural number: ");
        scanf("%i", &num);

        if (num > 0){
            printf("Square: %i\n", num * num);
            bContinue = true;
        }
        else{
            printf("Invalid number\n");
            bContinue = false;
        }
    } while (bContinue);             

    return 0;
}

Answer 4

对于初学者，如果您期望一个非负数，那么变量 num 应该是无符号整数类型，例如 unsigned int。

正如您在问题中所写的那样，用户可以输入无效数据或中断输入。你必须处理这种情况。

同样，乘法 num * num 会导致溢出。

而使用goto 而不是循环确实是个坏主意。

请注意，您应该在使用它们的最小范围内声明变量。

对这样的任务使用 for 循环也是一个坏主意。使用 while 循环很有表现力。

程序可以如下所示

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

int main(void) 
{
    while ( true )
    {
        printf( "Enter a positive natural number: " );
        
        unsigned int num;

        if ( scanf( "%u", &num ) != 1 || num == 0 ) break;

        printf( "Square: %llu\n", ( unsigned long long )num * num );
    }

    puts( "Invalid number" );

    return 0;
}

程序输出可能看起来像

Enter a positive natural number: 100000000
Square: 10000000000000000
Enter a positive natural number: 0
Invalid number

或者将最后一个输出语句移到while语句中会更好。例如

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

int main(void) 
{
    while ( true )
    {
        printf( "Enter a positive natural number: " );
        
        unsigned int num;

        if ( scanf( "%u", &num ) != 1 || num == 0 )
        {
            puts( "Invalid number" );
            break;
        }
        
        printf( "Square: %llu\n", ( unsigned long long )num * num );
    }

    return 0;
}

Answer 5

我有点惊讶没有人建议功能分解。 与其编写一大堆原始语句，不如将main 分割成更小的函数。 除了可读性/可维护性的好处外，它还有助于以非常自然的方式消除代码重复。

在 OP 的情况下，从最终用户那里获取输入是一项单独的职责，并且是单独功能的不错选择。

static bool user_enters_number(int *ptr_to_num)
{
    printf("Enter a positive natural number: ");
    return scanf("%i", ptr_to_num) == 1;
}

注意user_enters_number 显式测试scanf 的返回值。 这改进了文件结束处理。

同样，您可以赋予数字验证自己的功能。 这可能看起来有点矫枉过正（只是num > 0，对吗？），但它让我们有机会将验证与生成的错误消息结合起来。 在main 的末尾打印“无效号码”感觉不对。无效数字不是唯一的退出条件；文件结尾是另一个。 因此，我将让验证函数确定消息。 作为奖励，这使得支持多种错误类型成为可能（例如，负数和零的单独消息）。

static bool is_valid_number(int num)
{
    bool ok = (num > 0);
    if (!ok) printf("Invalid number\n");
    return ok;
}

我们现在有两个布尔类型的函数，它们可以与&& 巧妙地链接在一起并放入循环的条件部分，这是一种惯用的说法：如果这些函数中的任何一个失败（即返回 false )，立即退出循环。

剩下的是一个非常干净的main函数。

int main(void)
{
    int num;
    while (user_enters_number(&num) && is_valid_number(num))
    {
        printf("Square: %i\n", num * num);
    }
}

要了解可维护性方面的好处，请尝试重写此代码，使其接受两个数字并打印其乘积。

int main(void)
{
    int num1, num2;
    while (user_enters_number(&num1) && is_valid_number(num1) &&
           user_enters_number(&num2) && is_valid_number(num2))
    {
        printf("Product: %i\n", num1 * num2);
    }
}

这些变化是微不足道的，并且仅限于一个函数 （尽管您可能会考虑将参数input_prompt 添加到user_enters_number）。

这种“分而治之”的方法没有性能损失：智能编译器会做任何必要的事情来优化代码，例如内联函数。