Graytail Nov 18 2015 at 13:33

GOTO or not GOTO вот в чём вопрос

8 min

22K

«Спор возможен там, где истина закрыта. В бесплодных спорах можно бесконечно обсуждать, что в комнате находится закрытой дверью. Но стоит дверь открыть, и ясно станет всем и спорить не о чем, коль каждый истину увидеть сможет»

Владимир Мегре

Статья посвящается Зацепину П.М., выдающемуся инженеру Алтайского государственного университета, под чьим чутким руководством многие студенты, включая автора статьи, постигали магию инженерного творчества.

Введение

Спор о возможности использования в программах оператора GOTO ведётся уже очень давно (официальным его началом признана статья Дейкстры «О вреде оператора GOTO», опубликованная в 1968 году [2]). Через три года мы будем праздновать 50-летний юбилей этого спора. Это хороший повод, чтобы наконец-то «расставить все точки над i» и прекратить спор.

Цитата в эпиграфе выбрана неслучайно. Она в точности отражает текущую ситуацию в споре про GOTO. В нашем случае «комната за закрытой дверью» – это понятная всем постановка задачи. Пока, к сожалению, такой постановки задачи озвучено не было, поэтому споры и не угасают. Противоборствующие стороны спорят хоть и о схожих, но всё-таки о разных вещах, поэтому и не могут найти компромисса.

Давайте займём в этом споре нейтральную сторону, и беспристрастно во всём разберёмся. Рассмотрим доводы «противников» и «защитников» оператора GOTO и решим, «кто из них прав, а кто виноват».

Почему ведутся споры

Как уже было отмечено выше, споры о возможности использования в программах оператора GOTO ведутся из-за отсутствия понятной всем постановки задачи. Грубо говоря, одна из сторон доказывает, что дерево плавает, а другая, что кирпич тонет. Естественно, что при такой постановке каждая из сторон уверена в своей правоте и будет вечно её отстаивать.

Противники GOTO уповают на правила хорошего тона. Именно здесь и спрятан ключ от «закрытой двери», т.к. существуют, по крайней мере, три правила хорошего тона: «хороший тон в структурировании», «хороший тон в быстродействии» и «хороший тон в компактности», но противники GOTO учитывают только один из них.

Защитники GOTO уповают на требования заказчика, где, среди прочих не редко встречаются пункты, связанные с быстродействием и компактностью программы. При такой постановке одним правилом хорошего тона не обойтись – приходится искать компромиссное решение. В результате такого решения в программе иногда и появляется оператор GOTO.

В данном случае кирпич от бревна отличить сложно, т.к. в последнее время при разработке программ быстродействию и компактности уделяется всё меньше внимания. Но это ещё не повод для их полного игнорирования, т.к. на любой спрос должно быть своё предложение.

Озвученная точка зрения весьма поверхностна, т.к. не учитывает деталей спора. Чтобы сформулировать объективную постановку задачи, необходимо рассмотреть аргументы и контраргументы каждой из сторон. Этим мы сейчас и займёмся. Жирные буквы З – это аргументы защитников GOTO, а жирные буквы П – это аргументы противников GOTO.

Доводы «противников» GOTO

1. Использование GOTO – плохой тон.

З: Это неаргументированное заявление, поэтому спорить здесь нет смысла.

2. Самый плохой тон – возвращение с помощью метки назад.

З: Действительно, так использовать GOTO нельзя, так же как нельзя его использовать и для перехода в другой блок области видимости – можно или оставаться в текущем, или выходить из него. Если следовать двум этим правилам, то использовать GOTO можно.

3. GOTO – избыточный оператор. Его легко можно заменить циклами и условиями.

З: Если на то пошло, то из языка можно выкинуть практически все операторы.

С точки зрения структурного программирования из языка можно вообще выкинуть все операторы, оставив только while и оператор присваивания. [1] В таком случае программы будут хоть и объёмными, но понятными. Если бы на практике внимание уделялось только структуре программы, то такой шаг был бы обоснованным, но в реальных задачах есть ещё требования на быстродействие и компактность, а этого одним оператором добиться невозможно.

GOTO – признак не кривизны кода, а кривизны языков, в которых без него порой никак (C, C++, C#, Pascal, Java, etc) и кривизны профанации под названием «структурное программирование» с его т.н. «циклами с предусловиями», «циклами с постусловиями» и «ветвлениями», которые являются не элементарными конструкциями, а типовыми паттернами, в которые задача не всегда удобно ложится.

Неудобство заключается в том, что если задача не ложится в эти паттерны идеально, то появляется избыточный код, который в некоторых случаях не удовлетворяет требованиям компактности и быстродействия.

4. Вирт и Дейкстра говорят, что GOTO это плохо. [2, 3]

З: Авторитетные мнения достойны внимания, но то, что говорят авторитеты, не есть истина в последней инстанции. Недаром в учёной среде бытует фраза «Если уважаемый учёный говорит, что «это сделать возможно», то он скорее всего прав, а если говорит, что «это сделать невозможно», то скорее всего не прав».

Есть и такие авторитеты, которые высказываются в пользу GOTO, например, Дональд Кнут [4], Фредрик Брукс. [5] Но при решении задачи более целесообразно опираться не на мнение авторитетов, а на здравый смысл.

5. GOTO аннулирует многие возможности компилятора по оптимизации управляющих структур, из-за чего код становится медленней и объёмней. [2]

З: Эта проблема никоим образом не связана с GOTO, т.к. оптимизация производится на уровне машинных кодов. Да, GOTO вставляет в машинный код инструкцию перехода, которая препятствует оптимизации кода, но те же самые инструкции вставляют и условный оператор, и операторы цикла.

Доводы «защитников» GOTO

1. Группа взаимоисключающих условий.

Пример кода...

if(objectA.nValue == objectB.nValue)
{
	...
	goto END;
}
if(objectC.nValue == objectD.nValue)
{
	...
	goto END;
}
if(objectE.nValue == objectF.nValue)
{
	...
	goto END;
}
END: ...

if(objectA.nValue == objectB.nValue)
{
}
else if(objectC.nValue == objectD.nValue)
{
}
else if(objectE.nValue == objectF.nValue)
{
}
…

П: В данном случае GOTO структуру программы не портит, но в таком построении нет практической необходимости, т.к. то же самое можно организовать через if/else.

З: Заменить приведённый код на if/else можно только в том случае, если перед завершением не выполняется дополнительных операций.

П: Дополнительные операции можно вынести в отдельную функцию и вызывать её в каждой ветке.

З: Вынос дополнительных операций в отдельную функцию снизит быстродействие программы, а в некоторых случаях это недопустимо.

П: Отдельную функцию можно оформить в виде inline-функции, тогда на быстродействии это никак не скажется.

З: Но тогда программа будет занимать больше памяти. А это тоже в некоторых случаях может противоречить задаче.

В результате этого спора во многих языках были введены процедуры завершения и механизм структурной обработки исключений. Эти инструменты работают немного медленнее GOTO, но более наглядны, поэтому для большинства задач их вполне хватает. Но, опять же, существуют задачи, где критично и это «немного», – в них использование GOTO видится целесообразным.

2. Принцип вселенской причинности – если где-то есть GOTO, значит он там нужен.

Новый язык появляется не с бухты-барахты. Перед разработчиками языков программирования стоит непростая задача – удовлетворить все запросы программистов, и учесть общепринятые парадигмы. Абсурдно предполагать, что в языке будет реализована концепция, которая никому не нужна. Если в качестве примера рассмотреть Си, то вообще все вопросы отпадают, т.к. при анализе языка складывается такое ощущение, что за каждый новый введённый в язык оператор разработчики должны были заплатить из своего кармана по 5000 долларов… а оператор GOTO там есть.

3. Выход из множества циклов одновременно.

П: Классический аргумент. Против него не поспоришь.

4. Конечные автоматы (пример кода).

state_1:
	switch (signal)
	{
	case 1: goto state_5;
	case 2: goto state_10;
	case 3: goto state_8;
	}
state_2:
	switch (signal)
	{
	case 7: goto state_37;
	case 10: goto state_1;
	case 9: goto state_100;
	}

	// Достойных реализаций без GOTO не обнаружено.

5. Ещё один пример.

Пример кода...

for (int i=0;i<n1;++i)
{
	for(int j=0;j<n2;++j)
	{
		if(come_condition1) goto next1;

	for(int k=0;k<n3;++k)
	{
		if(come_condition2) goto next2;
 	}
	// some code
	}
	next2:
// some code}
next1:
// some code
}

inline void doSomeActivityInFor()
{
	for(int i=0;i<n1;++i)
	{
		for(int j=0;j<n2;++j)
		{
			if(come_condition1) return;

			if (some_condition3(i,j)
			{
				break;
			}
			// some code
		}
		// some code
}

inline bool some_condition3(i,j)
{
	for(int k=0;k<n3;++k)
	{
		if(come_condition2()) return true;
	}
	return false;
}

П: Приведённый код выполняется с той же скоростью и занимает столько же памяти, что и код с GOTO.

З: Данный пример лишний раз показывает, что нужно более внимательно подходить к разработке алгоритма. Использование GOTO в программах допустимо, но не нужно из одной крайности бросаться в другую.

Подведём итоги

~~Толпы религиозных фанатиков~~ команды квалифицированных программистов часто отказываются от оператора GOTO, даже когда его использование целесообразно с точки зрения эффективности и наглядности программы.

Плохой тон в программировании? Если учитывать только «тон структурирования», то да. Но ведь ещё есть «тон быстродействия» и «тон компактности», поэтому нужно искать компромисс между ними. [6] Программисты «работающие в песочнице», как правило, решают задачи, в которых не приходится задумываться об экономии ресурсов, отсюда и вытекает недопонимание.

Игнорировать «тон структурирования» тоже нельзя, т.к. программу в любом случае придётся дорабатывать, и если в ней будет запутанная структура, то возникнут ненужные затраты. Как и в любых других практических решениях оптимальным является компромиссный вариант: использование GOTO разрешено, но со следующими оговорками:

Переходить можно только вперёд.
Заходить в блоки категорически нельзя (либо оставаться, либо выходить).

Скорее всего, байки про вредность оператора GOTO придуманы для начинающих программистов, чтобы они не пользовались им во время обучения. Студенты, изучая в вузах структурное программирование и конструкции языка, знают, что GOTO – это зло. Но когда возникает конкретная задача нужно исходить из неё, а не из шаблонов, которые предоставляет язык программирования. Редко бывает, что практической задаче соответствует конкретный шаблон. GOTO как раз и помогает подогнать существующие шаблоны под решаемую задачу.

Благодарности

Я благодарен людям, которые поделились со мной информацией и своими мыслями по поводу оправданности использования в программах оператора GOTO. Без вашей помощи статья выражала бы однобокое мнение единственного человека, т.е. меня. Вместе с вами нам удалось поддержать конструктивный спор, в результате которого проявился однозначный ответ на тему, волнующую большое число программистов.

Кто же эти люди? Вот они:

Благодарю Дмитрия Леонова за создание сайта bugtraq.ru и за то, что ему удалось сплотить большое количество высококлассных специалистов на своём форуме. Именно на этом форуме развернулась самая интересная дискуссия. Благодарю людей, принявших участие в дискуссии на этом форуме:

Благодарю OlegY, Heller, Zef за примеры кода, где использование GOTO оправдано.

Благодарю HandleX за философские мысли о нужности GOTO при решении практических, а не теоретических задач.

Благодарю amirul за озвучивание правил применения GOTO.

Благодарю AMMOmium за мысль о «байках-страшилках» для начинающих программистов.

Благодарю команду программистов с форума codenet.ru за показательный пример классического спора, а именно следующих лиц: nilbog, koderAlex, OlgaKr, kerdan, kosfiz3A3-968M, IL84, fanto, Sanila_san, nixus, green, newonder.

PS. Спасибо за внимание. Буду рад комментариям; вопросы и возражения также приветствуются.

Библиография

Р. Лингер, Х. Миллс, Б. Уитт. Теория и практика структурного программирования. – М.: Мир, 1982.-406с.
Edsger W. Dijkstra. Go To Statement Considered Harmful // Communications of the ACM 11, March 1968. 147-148.
Niklaus Wirth. Good Ideas, through the Looking Glass // Computer, V. 39, No 1, January 2006.
Donald E. Knuth. Structured Programming with go to Statements // Computing Surveys, V.6, No.4. December 1974.
Фредерик Брукс. Мифический человеко-месяц или как создаются программные системы.: Пер. с англ. – М.: Символ-Плюс, 2001.-304с.
Карев А.А. Код #кода.

Tags:

Hubs: