7.14 - C++ 中常见的语义错误
Key Takeaway
在 [[3-1-Syntax-and-semantic-errors|3.1 - 语法和语义错误] 中我们介绍了语法错误——当代码不符合C++语义的语法规则时，就会产生语法错误。编译器能够识别并报告语法错误，所以它们很容易被识别到，通常也很容易修复。
我们还介绍了语义错误——当代码的行为不符合你的本意时，就被认为是语义错误。编译器通常情况下并不能识别到语义错误（在某些情况下，智能的编译器可能会对语义错误产生告警信息）。
语义错误可能会导致很多未定义行为类似的症状，例如导致程序产生错误的结果、产生古怪的程序行为、破坏数据、导致程序崩溃——或者不产生任何影响。
在编写程序时，我们很难完全避免语义错误。通常情况下，在使用程序时我们就会遇到这些语义错误：例如，在你编写的迷宫游戏中，游戏角色竟然能够穿墙！通过对程序进行测试 (7.12 - 代码测试) 可以帮助我们发现语义错误。
不过，除了测试之外，还有一件事可以帮助你——那就是知道哪种类型的语义错误最常见，这样你就可以对这些情况多加注意！
本节课中我们会介绍几种常见的意义错误（很多都和条件控制相关）。
条件逻辑错误
最常见的语义错误类型之一是条件逻辑错误。当程序员错误地编写了条件语句或循环条件的逻辑时，就会发生条件逻辑错误。这里有一个简单的例子：
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13 | #include <iostream>
int main()
{
std::cout << "Enter an integer: ";
int x{};
std::cin >> x;
if (x >= 5) // oops, we used operator>= instead of operator>
std::cout << x << " is greater than 5\n";
return 0;
}
|
运行程序，很容易观察到逻辑错误：
| Enter an integer: 5
5 is greater than 5
|
当用户输入5时，条件表达式 x >= 5 求值为 true，所以对应的打印语句就执行了。
另外一个例子是关于 for 循环的：
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18 | #include <iostream>
int main()
{
std::cout << "Enter an integer: ";
int x{};
std::cin >> x;
// oops, we used operator> instead of operator<
for (int count{ 1 }; count > x; ++count)
{
std::cout << count << ' ';
}
std::cout << '\n';
return 0;
}
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这个程序应该打印从1到用户输入的数字之间的所有数字。但它实际上是这样做的：
程序没有打印任何内容。这是因为进入循环的条件 count > x 求值为 false，所以循环根本没有进行。
无限循环
在 7.7 - 循环和 while 语句 中我们介绍了无限循环（死循环），请看这个例子：
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14 | #include <iostream>
int main()
{
int count{ 1 };
while (count <= 10) // this condition will never be false
{
std::cout << count << ' '; // so this line will repeatedly execute
}
std::cout << '\n'; // this line will never execute
return 0; // this line will never execute
}
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在这个例子中，我们忘记了对 count 进行递增，所以循环条件求值结果永远都不为 false，循环也就永远不会停止，只能不停打印：
| 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
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直到用户终止该程序。
这是另一个容易被问到的小测验问题——下面的代码有什么问题?
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16 | #include <iostream>
int main()
{
for (unsigned int count{ 5 }; count >= 0; --count)
{
if (count == 0)
std::cout << "blastoff! ";
else
std::cout << count << ' ';
}
std::cout << '\n';
return 0;
}
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COPY
程序的本意是打印 5 4 3 2 1 blastoff!，但是在完成操作后，程序实际上并没有停止，而是继续打印：
| 5 4 3 2 1 blastoff! 4294967295 4294967294 4294967293 4294967292 4294967291
|
然后继续递减。程序永远不会停止，因为当count是无符号整型时 count >= 0 永远为真。
差一错误
差一错误指的是循环多执行一次或少执行一次而产生的错误。情况下面这个例子：
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13 | #include <iostream>
int main()
{
for (unsigned int count{ 1 }; count < 5; ++count)
{
std::cout << count << ' ';
}
std::cout << '\n';
return 0;
}
|
程序员希望代码打印 1 2 3 4 5。但是，由于使用了错误的运算符 (< 而不是 <=)，所以循环少执行了一次，程序打印 1 2 3 4。
运算符优先级错误
在 5.7 - 逻辑运算符 中，下面程序存在优先级错误：
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14 | #include <iostream>
int main()
{
int x{ 5 };
int y{ 7 };
if (!x > y) // oops: operator precedence issue
std::cout << x << " is not greater than " << y << '\n';
else
std::cout << x << " is greater than " << y << '\n';
return 0;
}
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因为逻辑运算符 NOT 比 operator> 的优先级更高，所以条件表达式实际上是按照 (!x) > y 求值，这并不是程序员所希望的。
结果，这个程序输出：
在同一个表达式中混合逻辑或和逻辑与时也会发生这种情况(逻辑与优先于逻辑或)。使用显式括号可以避免这类错误。
浮点数的精度问题
下面的浮点变量没有足够的精度来存储整个数字：
| #include <iostream>
int main()
{
float f{ 0.123456789f };
std::cout << f << '\n';
return 0;
}
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由于缺乏精度，这个数字被稍稍四舍五入：
在 5.6 - 关系运算符和浮点数比较 中，我们讨论了operator== 和 operator != 在应对浮点数时，可能会产生由于微小摄入而导致的问题：
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13 | #include <iostream>
int main()
{
double d{ 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 + 0.1 }; // should sum to 1.0
if (d == 1.0)
std::cout << "equal\n";
else
std::cout << "not equal\n";
return 0;
}
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打印：
由于缺乏精度，这个数字会略微四舍五入：你对浮点数做的算术越多，它就会积累越多的小四舍五入错误。
整型除法
在下面的例子中，我们打算做浮点除法，但因为两个操作数都是整数，所以我们最终做的是整数除法：
| #include <iostream>
int main()
{
int x{ 5 };
int y{ 3 };
std::cout << x << " divided by " << y << " is: " << x / y << '\n'; // integer division
return 0;
}
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打印：
在 5.2 - 数学运算符 中，我们介绍了如何使用 static_cast 将整型操作数转换为浮点数，以便可以进行浮点数除法。
意外造成的空语句
在 7.3 - 常见的 if 语句错误 中我们介绍了空语句——空语句不执行任何操作。
在下面的程序中，我们只想在得到用户许可的情况下"炸掉这个世界"：
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16 | #include <iostream>
void blowUpWorld()
{
std::cout << "Kaboom!\n";
}
int main()
{
std::cout << "Should we blow up the world again? (y/n): ";
char c{};
std::cin >> c;
if (c=='y'); // 意外导致了空语句 null statement here
blowUpWorld(); // 该语句总是会执行，因为它不属于if语句
return 0;
}
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但是，因为存在一条意外造成的空语句，函数 blowUpWorld() 总是会执行，所以“世界”总是会被毁灭：
| Should we blow up the world again? (y/n): n
Kaboom!
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当需要复合语句时，没有使用复合语句
上述程序的另一种变体：
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19 | #include <iostream>
void blowUpWorld()
{
std::cout << "Kaboom!\n";
}
int main()
{
std::cout << "Should we blow up the world again? (y/n): ";
char c{};
std::cin >> c;
if (c=='y')
std::cout << "Okay, here we go...\n";
blowUpWorld(); // oops, will always execute. Should be inside compound statement.
return 0;
}
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程序打印：
| Should we blow up the world again? (y/n): n
Kaboom!
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悬垂 else (参见 7.3 - 常见的 if 语句错误) 也会导致此类问题。
还有什么？
以上是新手C++程序员容易犯的、最常见语义错误，当然，除了这些还有更多。读者们，如果你还有其他你认为常见的陷阱，请在评论区告诉我们。