如何在C++4位加法器的全加器函数中正确操作carry变量？

你用全局变量carry传递进位的写法确实存在不少问题：

• 全局状态会导致函数不可重入，比如多次调用rippleAdder()时，上一次的进位残留会直接影响下一次计算结果
• 线程不安全，多线程环境下调用会出现竞态条件
• 代码耦合度高，fullAdder的行为完全依赖外部全局变量，可读性和可维护性差
• 原代码里的carry没有初始化，默认是未定义的随机值，会直接导致计算错误

下面是两种更合理的实现方式：

方法一：使用引用参数传递进位 #

把carry作为引用参数传给fullAdder，既能让函数修改进位值，又避免了全局变量的问题，同时必须记得初始化初始进位为0：

#include <iostream>

using namespace std;

bool inputs[8] = {0,0,0,1,0,0,0,1};
bool answer[4];

short fullAdder(bool val1, bool val2, bool& carry) {
    short sum = val1 + val2 + carry;
    switch (sum) {
        case 0:
            carry = 0;
            return 0;
        case 1:
            carry = 0;
            return 1;
        case 2:
            carry = 1;
            return 0;
        case 3:
            carry = 1;
            return 1;
        default: return 0;
    }
}

void rippleAdder() {
    bool carry = 0; // 初始化初始进位为0
    answer[3] = fullAdder(inputs[3], inputs[7], carry);
    answer[2] = fullAdder(inputs[2], inputs[6], carry);
    answer[1] = fullAdder(inputs[1], inputs[5], carry);
    answer[0] = fullAdder(inputs[0], inputs[4], carry);
    cout << answer[0] << answer[1] << answer[2] << answer[3] << endl;
    // 如需输出最终进位，可在此打印carry
}

int main() {
    rippleAdder();
}

方法二：返回包含和与进位的结构体 #

让fullAdder返回一个包含计算结果和新进位的对象，这样函数完全没有副作用，逻辑更清晰：

#include <iostream>

using namespace std;

bool inputs[8] = {0,0,0,1,0,0,0,1};
bool answer[4];

// 用结构体存储全加器的结果与进位
struct FullAdderResult {
    bool sum;
    bool carryOut;
};

FullAdderResult fullAdder(bool val1, bool val2, bool carryIn) {
    short sum = val1 + val2 + carryIn;
    FullAdderResult res;
    switch (sum) {
        case 0:
            res.sum = 0;
            res.carryOut = 0;
            break;
        case 1:
            res.sum = 1;
            res.carryOut = 0;
            break;
        case 2:
            res.sum = 0;
            res.carryOut = 1;
            break;
        case 3:
            res.sum = 1;
            res.carryOut = 1;
            break;
        default:
            res.sum = 0;
            res.carryOut = 0;
    }
    return res;
}

void rippleAdder() {
    bool carry = 0;
    auto res3 = fullAdder(inputs[3], inputs[7], carry);
    answer[3] = res3.sum;
    carry = res3.carryOut;
    
    auto res2 = fullAdder(inputs[2], inputs[6], carry);
    answer[2] = res2.sum;
    carry = res2.carryOut;
    
    auto res1 = fullAdder(inputs[1], inputs[5], carry);
    answer[1] = res1.sum;
    carry = res1.carryOut;
    
    auto res0 = fullAdder(inputs[0], inputs[4], carry);
    answer[0] = res0.sum;
    carry = res0.carryOut;
    
    cout << answer[0] << answer[1] << answer[2] << answer[3] << endl;
}

int main() {
    rippleAdder();
}

额外补充：原代码中answer的赋值是从高位到低位，输出时却是低位在前的顺序，如果需要高位在前的输出格式，调整cout的顺序即可。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Rekcut23