القيم المنطقية في لغة C: stdbool.h و_Bool ومفهوم الصدق

قضت لغة C أول 27 عامًا من عمرها دون نوع منطقي. وهذا ليس سهوًا - بل قرار تصميمي له عواقب تصادفها في يومك الأول، وعلّة شهيرة واحدة تنبع منه مباشرةً.

الصفر خطأ، وكل ما عداه صحيح

لا توجد قيمة خاصة للصحّة أو الخطأ في قواعد الشروط في C. فـ if وwhile وfor و&& و|| و! تطرح جميعها سؤالًا واحدًا بالضبط: هل هذه القيمة صفر؟

#include <stdio.h>

int main(void) {
    if (1)    printf("1 is true\n");
    if (42)   printf("42 is true\n");
    if (-7)   printf("-7 is true\n");
    if (0.5)  printf("0.5 is true\n");

    if (0)    printf("this never prints\n");
    if (0.0)  printf("nor this\n");

    printf("done\n");
    return 0;
}

الأعداد السالبة صحيحة. والكسور صحيحة. والمؤشّر غير الفارغ صحيح. الصفر وحده - بأي نوع - هو الخطأ.

ولهذا تمتلئ شيفرة C بصيغ اصطلاحية تبدو موجزة إلى حدّ الغموض قبل أن تعرف القاعدة:

if (count)            /* إذا كانت count غير صفرية */
if (!count)           /* إذا كانت count صفرًا */
if (p)                /* إذا لم تكن p مساوية لـ NULL */
if (!strcmp(a, b))    /* إذا تساوت السلسلتان - تُعيد strcmp القيمة 0 عند التطابق */

هذه الأخيرة توقع كثيرين. تُعيد strcmp القيمة 0 عند تطابق السلسلتين، فتُقرأ "متساويتان" على أنها "ليس" داخل if. وكتابة if (strcmp(a, b) == 0) أوضح وتفعل الشيء نفسه بالضبط.

المقارنات تُنتج int

المقارنة في C ليست نوعًا خاصًا من التعابير. فهي تُقيَّم إلى int عادي قيمته 1 أو 0، ويمكنك طباعتها أو تخزينها أو إجراء حساب بها:

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 5, b = 8;

    int result = (a < b);
    printf("(a < b) is %d\n", result);      /* 1 */
    printf("(a > b) is %d\n", a > b);       /* 0 */
    printf("(a == 5) + (b == 8) = %d\n", (a == 5) + (b == 8));  /* 2 */

    /* العدّ بالاستفادة من كون المقارنة تساوي 1 أو 0: */
    int scores[] = {45, 78, 92, 60, 88};
    int passed = 0;
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        passed += (scores[i] >= 60);   /* يضيف 1 عند الصحّة و0 عند الخطأ */
    }
    printf("%d of 5 passed\n", passed);
    return 0;
}

يعمل العامل ! بالطريقة نفسها: فهو يُنتج 1 إن كان معامله صفرًا و0 فيما عدا ذلك. لذا فإن !!x صيغة اصطلاحية كلاسيكية تُطبّع أي قيمة إلى 0 أو 1 بالضبط.

bool وtrue وfalse (معيار C99)

أضاف C99 نوعًا منطقيًا حقيقيًا اسمه _Bool، وترويسةً تمنحه اسمًا مقروءًا:

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

int main(void) {
    bool is_ready = true;
    bool has_error = false;

    printf("is_ready  = %d\n", is_ready);    /* يطبع 1 */
    printf("has_error = %d\n", has_error);   /* يطبع 0 */

    if (is_ready && !has_error) {
        printf("Proceeding.\n");
    }
    return 0;
}

<stdbool.h> ترويسة صغيرة جدًا: فهي تعرّف bool بأنه _Bool، وtrue بأنه 1، وfalse بأنه 0. هذه هي الترويسة بأكملها. لكن استخدامها يجعل القصد مرئيًا بطريقة لا يبلغها int flag = 1; أبدًا.

ولـ _Bool سلوك واحد مميّز فعلًا: فهو يخزّن 0 أو 1 فقط. إسناد أي قيمة غير صفرية يُحوَّل إلى 1 بالضبط:

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

int main(void) {
    int    as_int  = 42;
    bool   as_bool = 42;      /* يُحوَّل إلى 1 */

    printf("int  holding 42: %d\n", as_int);
    printf("bool holding 42: %d\n", as_bool);   /* 1، وليس 42 */

    bool from_pointer = (void *)0;   /* NULL -> false */
    printf("bool from NULL:  %d\n", from_pointer);
    return 0;
}

ولا يزال لا يوجد %b في printf للقيم المنطقية - اطبعها بـ %d، أو حوّلها إلى نص بنفسك:

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

const char *yes_no(bool b) {
    return b ? "true" : "false";
}

int main(void) {
    bool connected = true;
    printf("connected: %s\n", yes_no(connected));
    printf("empty:     %s\n", yes_no(false));
    return 0;
}

وفي C23 صار الأمر أبسط: أصبحت bool وtrue وfalse كلمات مفتاحية حقيقية، فلم يعد التضمين مطلوبًا. لكن معظم الشيفرات اليوم ما زالت تستهدف C17، فأبقِ على #include <stdbool.h>.

إعادة قيمة منطقية من دالة

هنا يُثبت bool جدارته بأوضح صورة:

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

bool is_even(int n) {
    return n % 2 == 0;
}

bool is_in_range(int value, int low, int high) {
    return value >= low && value <= high;
}

int main(void) {
    printf("is_even(10)            = %d\n", is_even(10));
    printf("is_even(7)             = %d\n", is_even(7));
    printf("is_in_range(5, 1, 10)  = %d\n", is_in_range(5, 1, 10));
    printf("is_in_range(50, 1, 10) = %d\n", is_in_range(50, 1, 10));

    if (is_even(10) && is_in_range(10, 1, 20)) {
        printf("10 is an even number in range.\n");
    }
    return 0;
}

نوع الإرجاع bool يخبر المستدعي بمعنى القيمة. أما نوع إرجاع int من دالة اسمها check_file فقد يكون قيمة منطقية أو عدّادًا أو رمز خطأ - وفي أعراف مكتبات C يكون غالبًا الاحتمال الثالث، حيث يعني 0 النجاح. تسمية النوع تزيل التخمين.

علّة = مقابل ==

لأن الإسناد تعبير يُنتج القيمة المُسنَدة، ولأن أي قيمة غير صفرية صحيحة، فإن هذا يُترجَم بنجاح:

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int x = 10;

    if (x = 5) {                     /* إسناد، لا مقارنة */
        printf("Branch taken. x is now %d\n", x);
    }

    printf("x = %d (the original 10 is gone)\n", x);
    return 0;
}

حدث خطآن في آن واحد. أسند الشرط 5 إلى x فدمّر قيمتها، ثم فحص 5، وهي غير صفرية، فنُفِّذ الفرع. ولا يوجد في البرنامج خطأ ولا تحذير افتراضيًا.

والأسوأ أن النسخة التي فيها 0 لا تُنفّذ فرعها أبدًا:

if (found = 0) { /* لا يُنفَّذ أبدًا - و found صارت الآن 0 */ }

ثلاثة خطوط دفاع، مرتّبة حسب فائدتها:

ترجم مع التحذيرات. يلتقطها -Wall:

warning: suggest parentheses around assignment used as truth value

الوصول إلى صفر تحذيرات هو الحلّ الحقيقي هنا، وتكلفته راية واحدة.

اكتب الثابت أولًا. "شرط يودا" يحوّل الخطأ المطبعي إلى خطأ ترجمة:

if (5 == x)   /* صحيح */
if (5 = x)    /* خطأ: ليس قيمة يسارية - المترجم يوقفك */

بعض الفرق تحبّ هذا الأسلوب وبعضها يراه غير مقروء؛ وكلا الموقفين قابل للدفاع عنه، لكنه ينجح فعلًا.

كن متعمّدًا حين تقصده. الإسناد داخل شرط مفيد فعلًا عند قراءة الإدخال:

int c;
while ((c = getchar()) != EOF) { ... }

الأقواس الإضافية حول c = getchar() مطلوبة لأولوية العوامل، وهي تشير أيضًا إلى أن الإسناد مقصود. هذه هي الصيغة الاصطلاحية - فإن لم يكن إسنادك داخل الشرط يشبهها، فهو على الأرجح خطأ مطبعي.

أخطاء منطقية شائعة

المقارنة بـ true. if (flag == true) يعمل مع stdbool.h، لكنه ينكسر لحظة كون flag من نوع int تحمل 42، لأن 42 == 1 خطأ. اكتب if (flag).

المقارنات المتسلسلة. if (0 < x < 10) محقّق دائمًا: فـ 0 < x يُنتج 0 أو 1، وكلاهما أصغر من 10. اكتب if (x > 0 && x < 10).

العوامل البتّية بدل المنطقية. & و| ليسا && و||. فهما لا يجريان تقييمًا مختصرًا، وهما يدمجان البتّات:

#include <stdio.h>

int main(void) {
    int a = 1, b = 2;

    printf("a && b = %d\n", a && b);   /* 1 - كلاهما غير صفري */
    printf("a &  b = %d\n", a & b);    /* 0 - لا بتّات مشتركة بين 01 و10 */
    return 0;
}

كلا المعاملين "صحيح"، ومع ذلك فإن a & b يساوي 0. واستخدام & حيث قصدت && يُنتج شرطًا خاطئًا لقيم معيّنة فقط، وهو أصعب أنواع العلل عثورًا.

مقارنة أعداد الفاصلة العائمة بالتساوي. if (0.1 + 0.2 == 0.3) خطأ. قارن مقابل هامش تسامح بدلًا من ذلك - انظر أنواع البيانات لمعرفة السبب.