关于goto语句的争论

一.历史背景 

　　60年代中期以后，计算机硬件技术日益进步，计算的存贮容量、运算速度和可靠性明显提高，生产硬件的成本不断降低。计算机价格的下跌为它的广泛应用创造了极好的条件。在这种形势下，迫切要求计算机软件也能与之相适应。因而，一些开发大型软件系统的要求提了出来。然而软件技术的进步一直未能满足形势发展的需要，在大型软件的开发过程中出现了复杂程度高、研制周期长、正确性难以保证的三大难题。遇到的问题找不到解决办法，致使问题堆积起来，形成了人们难以控制的局面，出现了所谓的“软件危机”。为了克服这一危机，一方面需要对程序设计方法、程序的正确性和软件的可靠性等问题进行系列的研究；另一方面，也需要对软件的编制、测试、维护和管理的方法进行研究，从而产生了程序设计方法学。  

　　goto语句是有害的观点： 

　　1968年，E•W•代克斯特拉首先提出“goto语句是有害的”论点，向传统程序设计方法提出了挑战，从而引起了人们对程序设计方法讨论的普遍重视。 

　　goto语句的争论： 

　　在60年代末和70年代初，关于goto语句的用法的争论比较激烈。主张从高级程序语言中去掉goto语句的人认为，goto语句是对程序结构影响最大的一种有害的语句，他们的主要理由是：goto语句使程序的静态结构和动态结构不一致，从而使程序难以理解，难以查错。去掉goto语句后，可直接从程序结构上反映程序运行的过程。这样，不仅使程序结构清晰，便于理解，便于查错，而且也有利于程序的正确性证明。  
　　持反对意见的人认为，goto语句使用起来比较灵活，而且有些情形能提高程序的效率。若完全删去goto语句，有些情形反而会使程序过于复杂，增加一些不必要的计算量。 

　　关于goto语句的解决方法： 

　　1974年，D•E•克努斯对于goto语句争论作了全面公正的评述，其基本观点是：不加限制地使用goto语句，特别是使用往回跳的goto语句，会使程序结构难于理解，在这种情形，应尽量避免使用goto语句。但在另外一些情况下，为了提高程序的效率，同时又不致于破坏程序的良好结构，有控制地使用一些goto语句也是必要的。用他的话来说就是：“在有些情形，我主张删掉goto语句；在另外一些情形，则主张引进goto语句。”从此，使这场长达10年之久的争论得以平息。 
　　后来，G•加科皮尼和C•波姆从理论上证明了：任何程序都可以用顺序、分支和重复结构表示出来。这个结论表明，从高级程序语言中去掉goto语句并不影响高级程序语言的编程能力，而且编写的程序的结构更加清晰。 
　　goto语句的结果： 
　　在C/C++等高级编程语言中保留了goto语句，但被建议不用或少用。在一些更新的高级编程语言，如Java不提供goto语句，它虽然指定goto作为关键字，但不支持它的使 用，使程序简洁易读；尽管如此后来的c#还是支持goto语句的，goto语句一个好处就是可以保证程序存在唯一的出口，避免了过于庞大的if嵌套。 

二.可以考虑使用goto的情形 

1.从多重循环中直接跳出 

很多人建议废除C++/C的goto语句，以绝后患。但实事求是地说，错误是程序员自己造成的，不是goto的过错。goto 语句至少有一处可显神通，它能从多重循环体中一下子跳到外面，用不着写很多次的break语句。例如： 
for(......) 
{ 
    for(....) 
    { 
        for(.....) 
        { 
           // 如何冲出重重包围？       
  } 
    } 
} 
break;只能跳出单层的循环，return将整个函数都返回了，没法再继续了，显然也不行，所以我们想到了goto。如果是在陷入了很深层次的循环里想要跳出最外层的循环，用 goto 直接跳出却比用 break 一个循环一个循环地跳出要好得多。有人甚至形象比喻说：“就像楼房着火了，来不及从楼梯一级一级往下走，可从窗口跳出火坑。” 其实，你可以将 break 和 continue 理解成弱化了的 goto 语句。 

2. 出错时清除资源  

如果一个函数有多个出口，则在每个出口处，会产生巨大的退出代码，如下例一，每个函数只能有一个出口，所有的资源释放必须放在出口统一解决，那全部使用大括号，十几个，几十个if判断条件下来，你数数你的大括号有多深？这种代码可读性不好，一旦写错了，难于寻找错误。所有这些问题，一个goto就解决了。 
当程序要分配和清除资源时（像内存、或处理字形、窗口、打印机），这种情形下用goto通常是为了复制代码或清除资源。若遇到这种情况，程序员就要掂量是   goto   的缺点令人讨厌呢？还是复制代码那令人头痛的维护更讨厌呢？最后还是认为   goto   的缺点更可忍受。 

例子一：不用goto，想想需要申请的指针是10个的话，程序怎么写？  

void Func(void)  
{  
        char* p1=null;  
        char* p2=null;  
        char* p3=null;  
        p1=(char*)malloc(10);  
        if(!p1) return;  
        p2=(char*)malloc(10);  
        if(!p2)  
        {  
                free(p1);  
                p1=null;  
                return;  
        }  
        p3=(char*)malloc(10);  
        if(!p3)  
        {  
                free(p1);  
  p1=null;  
                free(p2);  
                p2=null;  
                return;  
        }  
        …… 
…… 
…… //指针使用过程 
        
        if(p1)  
        {  
                free(p1);  
                p1=null;  
        }  
        if(p2)  
        {  
                free(p2);  
                p2=null;  
        }  
        if(p3)  
        {  
                free(p3);  
                p3=null;  
        }  
}  

例子二：用goto  

void Func(void)  
{  
        char* p1=null;  
        char* p2=null;  
        char* p3=null;  
        p1=(char*)malloc(10);  
        if(!p1) goto Func_End_Process;  
        p2=(char*)malloc(10);  
        if(!p2) goto Func_End_Process;  
        p3=(char*)malloc(10);         
        if(!p3) goto Func_End_Process;  
        …… 
…… 
…… //指针使用过程 

Func_End_Process:  
        if(p1)  
        {  
                free(p1);  
                p1=null;  
        }  
        if(p2)  
        {  
                free(p2);  
                p2=null;  
        }  
        if(p3)  
        {  
                free(p3);  
                p3=null;  
        }  
}    

3.可增加程序的清晰度的情况。 

若不使用goto语句会使功能模糊，有时候使用goto语句，一眼就看清楚了程序的意图,可用那些对应的循环break语句等实现的语句段,要想老半天才搞清楚程序意图的情况，也可考虑使用goto语句。

三.不加限制地使用goto带来的弊端 

1).很明显，不加限制地使用goto破坏了清晰的程序结构，使程序的可读性变差,甚至成为不可维护的"面条代码"。例如下例： 
[code=C/C++] 
A: //code section A 
   //code 
   goto B; 
   //code 
   goto C; 
B: //code section B 
   //code 
   goto A; 
   //code 
   goto C; 
C: //code section C 
   //code 
   //goto B; 
   //code 
   goto A; 
[/code] 
这样好像已经能够说明问题了，随着标签的增多，带来的混乱局面是很难扭转的，对调试，走读，理解代码都会造成很大的障碍，如果你写这样的代码，那代码维护绝对会是一场 噩梦。 


2). 不加限制地使用goto经常带来错误或隐患。它可能跳过了某些对象的构造、变量的初始化、重要的计算等语句，例如： 
goto state; 
String s1, s2; // 被goto 跳过 
int sum = 0;  // 被goto 跳过 
….. 
…… 
state: 
…… 
如果编译器不能发觉此类错误，每用一次goto 语句都可能留下隐患。

四.Goto语句与结构化程序设计 

goto语句问题的提出直接推动了结构化程序设计（structured programming）的思想和程序设计方法学的诞生和发展。结构化程序设计方法引入了工程思想和结构化思想，使大型软件的开发和编程都得到了极大的改善。 
    结构化程序设计方法的主要原则可以概括为自顶向下，逐步求精，模块化，限制使用goto语句。  
 1．自顶向下：程序设计时，应先考虑总体，后考虑细节；先考虑全局目标，后考虑局部目标。不要一开始就过多追求众多的细节，先从最上层总目标开始设计，逐步使问题具体化。  
2．逐步求精：对复杂问题，应设计一些子目标作为过渡，逐步细化。  
3．模块化：一个复杂问题，肯定是由若干稍简单的问题构成。模块化是把程序要解决的总目标分解为子目标，再进一步分解为具体的小目标，把每一个小目标称为一个模块。  
4．限制使用goto语句  
      结构化程序设计方法的起源来自对goto语句的认识和争论。肯定的结论是，在块和进程的非正常出口处往往需要用goto语句，使用goto语句会使程序执行效率较高；在合成程序目标时，goto语句往往是有用的，如返回语句用goto。否定的结论是，goto语句是有害的，是造成程序混乱的祸根，程序的质量与goto语句的数量呈反比，应该在所有高级程序设计语言中取消goto语句。取消goto语句后，程序易于理解、易于排错、容易维护，容易进行正确性证明。作为争论的结论，1974年Knuth发表了令人信服的总结，并证实了：  
    （1）goto语句确实有害，应当尽量避免；  
    （2）完全避免使用goto语句也并非是个明智的方法，有些地方使用goto语句，会使程序流程更清楚、效率更高。  
    （3）争论的焦点不应该放在是否取消goto语句上，而应该放在用什么样的程序结构上。其中最关键的是，应在以提高程序清晰性为目标的结构化方法中限制使用goto语句

五.关于goto使用语句的一些建议 

goto语句在结构化编程技术出来后，被当作破坏结构化程序的典型代表，可以说，在结构化程序设计年代，goto语句就像洪水猛兽一样，程序员都唯恐避之不及；可后来在微软的一些例子程序中经常把goto语句用来处理出错，当出错时，goto到函数要退出的一个label那里进行资源释放等操作。那么，goto语句是不是只可以用于出错处理，其他地方都不可以用了呢？下列关于使用goto语句的原则可以供读者参考。 
1) 使用goto语句只能goto到同一函数内，而不能从一个函数里goto到另外一个函数里。 
2) 使用goto语句在同一函数内进行goto时，goto的起点应是函数内一段小功能的结束处，goto的目的label处应是函数内另外一段小功能的开始处。 
3) 不能从一段复杂的执行状态中的位置goto到另外一个位置，比如，从多重嵌套的循环判断中跳出去就是不允许的。 
4）应该避免像两个方向跳转。这样最容易导致"面条代码"。