[C++探索之旅] 第一部分第六课:控制流程,随心所至
内容简介
1、第一部分第六课:控制流程,随心所至
2、第一部分第七课预告:函数效应,分而治之
控制流程,随心所至
上一课《【C++探索之旅】第一部分第五课:简易计算器》比较简单,这一课也不难,却很重要。
其实目前来说,基础部分和《C语言探索之旅》有些类似。难免有些重复,毕竟C++从C语言借鉴了不少。不过小编保证之后进入C++的面向对象编程部分,才是精彩中的精彩。敬请期待~
好了,扯回正题。
大家应该看过不少科幻片吧,其中很大一部分是说电脑发展起来成为人工智能和人类打架的(反正最终都是呆萌的人类如小强般获胜。唉,拍来拍去就是那么些剧情,世间导演的想象力也真不过尔尔)。
但是小编认为电脑再厉害也绝不可能有自我意识,毕竟人是独一无二的创造。
电脑既然没有自我意识,那么它就是按照我们给其编写好的程序去做各种事情的。而其中最关键的就是:程序需要能作各样决定。
为了达成这个目的,计算机科学家们设计了"控制结构"(Control Structure)。这个词听上去还真有点抽象,不过不要担心,学完这一课就很清楚了。
控制结构主要包含两种元素:
条件:使我们可以在程序中写一些规则,例如:如果满足这个条件,就做相应的事。
循环:使我们可以重复执行一系列的指令。
可以说,控制结构是每种编程语言的根本。没有控制结构,你的程序就没什么复杂逻辑可言。当然,假如你的程序只是简单地输出一些数据,那么也可以不用控制结构。但是,你的程序肯定不能做更厉害的事。
虽然这一课不太难,但是基本概念还是要掌握好,这样之后的课程才能有基(基础)可趁。
条件
为了使我们的程序可以做决定,我们需要用到条件语句(有时也称为条件结构)。原理很简单:你希望你的程序能依据不同的情况作出相应的表现。
首先,我们需要知道:我们可以用条件语句测试变量。什么意思呢?还记得我们前两课里学习过的变量吗?这些存储在内存中的值,我们现在要学着分析它们。例如:
这个整型变量大于10吗?
这个字符串变量里包含密码吗?
等等。
为了做测试判断,我们需要用到条件判断符号。如下表所示:
符号 | 含义 |
---|---|
== | 等于 |
> | 大于 |
< | 小于 |
>= | 大于等于 |
<= | 小于等于 |
!= | 不等于 |
不难吧,小学数学老师都教过。
注意:在C++中,测试是否相等用两个等号相连(==)。即使是编程老手也会经常漏写成一个等号(=),以致于变成赋值而不是判断相等了。
在条件语句中,我们将用这些符号来做一些比较。
在C++中,我们可以用几种不同形式的条件语句来做测试。其中最重要的,也是最常用,不可避免要了解的,就是if条件语句。
if条件语句
if是英语"假如,如果"的意思。
在开始使用if条件语句之前,我们先自己写一个基础程序。
今天正好我们其中一个同事买了一些croissant(法国的羊角面包)之类的来庆祝,他6个月后将有第一个孩子了。就写一个关于孩子数目的程序吧。
#include
using namespace std;
int main()
{
int childrenNb(2); // 孩子数目
return 0;
}
上面的代码目前几乎没做什么,只是声明了一个int型变量,名叫childrenNb(表示"孩子数目",children是英语"孩子"的意思。Nb是number的缩写,表示"数目"),初始值为2。
在扩充此程序之前,我们先来了解一下if语句的逻辑:
如果 满足一定条件
则 执行指定操作
所以单一的if语句是这样写的:
先写一个if
接着写一个括号(),在这个括号中写条件
接着写一个大括号{},在大括号中写()中条件为真时所要执行的操作
格式如下:
if (/* 条件 */)
{
// 如果条件为真,所要执行的操作
}
假设我们的程序在孩子数大于0时会显示一句祝贺的话。我们需要加一个条件,此条件是用来判断孩子数是否大于0。假如大于0,则打印信息。程序扩充如下:
#include
using namespace std;
int main()
{
int childrenNb(2); // 孩子数目
if (childrenNb > 0) // 如果孩子数大于0
{
cout << "你有孩子,真棒!" << endl;
}
return 0;
}
我们仔细看关键的那句话:
if (childrenNb > 0)
就是这句话,做了条件表达式的判断。
它所做的测试是这样:
假如孩子数大于0。
如果这句条件表达式是真的(我们的孩子数目childrenNb是2,确实大于0),那么程序就会执行大括号里面的语句,也就是
cout << "你有孩子,真棒!" << endl;
在控制台打印出 "你有孩子,真棒!"。
============
闲话一下代码的格式
假如上面的代码我们写成
if (childrenNb>0) {cout<< "你有孩子,真棒!" < 程序也是可以正确运行的,但是非常不推荐这样的代码格式! 如果我们的程序没有空行,没有空格,不缩进,都写在一行里,那将会使代码非常难以阅读。而且不美观,这年头颜值是很重要的。 所以从一开始学习编程就请养成良好的编码习惯,不然以后写一些大型程序,别人根本不知道怎么阅读你的代码,你也会迷失在自己的代码里。 推荐看林锐老师的《高质量C++/C 编程指南》一书,里面有提到编码规范,可以去网上下载PDF。 当然每个程序员的代码风格都不一样,但是我们推荐大家遵从本系列课程中的代码格式,因为是比较通用的编码格式。 ============ 假如if后面的括号里的条件表达式为假又如何呢?也就是说childrenNb不大于0。 那么,程序就不会执行大括号中的语句,而是直接转到 return 0; 然后就结束程序了。程序就不会打印任何信息。 测试一下上面的程序,修改childrenNb的值,看看结果如何。 else语句:假如条件不成立 现在你知道怎么写单一的if语句了,那当条件为假时,我们要电脑也执行对应的操作怎么办呢?对了,就轮到else关键字出场了。 else是英语"否则,要不然"的意思。 注意:else语句一定要跟if语句配合才能使用,独立的else语句是不可用的! 【至于什么是关键字:关键字是电脑语言里事先定义的,有特别意义的标识符,有时又叫保留字,是有特别意义的变量。 C++有不少,比如int,float,char,double,if,else,等,暂时我们不多涉及,可以去了解一下。】 我们扩充以上程序: #include using namespace std; int main() { int childrenNb(0); if (childrenNb > 0) { cout << "你有孩子,真棒!" << endl; } else { cout << "你没孩子,加油." << endl; } return 0; } 运行以上程序,显示: 你没孩子,加油. 因为我们的childrenNb变量的值为0,因此childrenNb > 0这个条件表达式不为真,执行else后面的大括号里的语句: cout << "你没孩子,加油." << endl; 以上程序的逻辑如下图所示: else...if语句:做另一个测试 上面我们学习了如何用单一的if语句,以及if...else语句。 其实除了“假如...”(if语句)和“否则...”(else语句),还有else...if(“又假如”)语句,用于在if语句的条件不为真时对其他的情况的判断,else…if语句放在if语句和else语句之间 总的逻辑是这样的: 如果变量值为A,则执行if对应操作 如果 变量值不为A,而为B,则执行else...if对应操作 如果 变量值既不为A也不为B,则执行else对应操作 总的流程是这样的: 首先判断if语句中的括号里的表达式,如果为真,则执行第一个大括号里的语句。 如果if的条件不为真,则接着判断else…if语句的括号里的表达式,如果为真,则执行对应的大括号里面的语句。 如果if和else…if里的表达式都为假,则无需再判断,直接执行else语句的大括号里的命令。 我们再修改扩充以上程序,将其逻辑改为: 如果孩子数为0,则打印:你没有孩子 如果 孩子数不为0,而为1,则打印:啥时生第二个? 如果 孩子数既不为0也不为1,而为2,则打印:多好的孩子 如果 孩子数既不为0也不为1也不为2,而是比2更多,则打印:差不多了吧 程序如下: #include using namespace std; int main() { int childrenNb(2); if (childrenNb == 0) { cout << "你没有孩子" << endl; } else if (childrenNb == 1) { cout << "啥时生第二个?" << endl; } else if (childrenNb == 2) { cout << "多好的孩子" << endl; } else { cout << "差不多了吧" << endl; } return 0; } 逻辑如下图所示: 而上面的程序,聪明如你应该知道会打印: 多好的孩子 switch条件语句 我们刚学的if...else类型的条件语句是最常用的。理论山,if...else语句可以满足所有的条件判断需求了。 不过C++还提供了一个不是那么全面的替代品:switch语句。 因为有时候,当我们的条件判断很多时,就会感觉冗余。switch可用于测试同一个变量的多个可能的值。 switch是英语"开关,转换"的意思。 我们先来看看用switch语句如何实现上面的同样逻辑: #include using namespace std; int main() { int childrenNb(3); switch (childrenNb) { case 0: cout << "你没有孩子" << endl; break; case 1: cout << "啥时生第二个?" << endl; break; case 2: cout << "多好的孩子" << endl; break; default: cout << "差不多了吧" << endl; break; } return 0; } 相比if...else,switch语句虽然用得较少,但是对于判断情况很多的条件语句,用switch是不是可以少写不少代码呢,而且程序也一目了然,比较清晰。 switch语句的格式: 首先,写switch这个关键字,接着写一个括号,括号里面是要判断的变量 case加上变量可能的取值,再加一个冒号,再加上对应取值时的操作,再加上一个break; 要注意:case后面的值只能是整型或字符型的常量或常量表达式 default负责处理除了各个case以外的情况 多个case就相当于if...else语句里的if和else...if default相当于if...else语句里的else 想想看,switch语句是不是很像我们去饭店用餐,服务员拿了一个酒水单给你,上面有好多饮料,就像好多个case后面的取值。你点一种饮料,服务生就去给你拿对应的饮料,这个操作就像case的冒号后面的语句。假如你什么都不要,说:还是给我来杯水吧。那服务生就只能给你拿一杯水了,就相当于default。 每个 case 语句的结尾不要忘了加 break,否则将导致多个分支重叠(除非有意使多个分支重叠)。 例如: #include using namespace std; int main() { int childrenNb(0); switch (childrenNb) { case 0: cout << "你没有孩子" << endl; // 这里我们没有写 break; case 1: cout << "啥时生第二个?" << endl; break; case 2: cout << "多好的孩子" << endl; break; default: cout << "差不多了吧" << endl; break; } return 0; } 运行以上程序,你会发现输出是: 你没有孩子 啥时生第二个? 很奇怪吧。 这是因为没有break,程序就不跳出switch的大括号,而继续执行,“穿透”了case 1,虽然childrenNb的值是0,不等于1,但是也执行了case 1对应的语句 cout << "啥时生第二个?" << endl; 又因为case 1的执行语句后面加了break,所以程序执行完 cout << "啥时生第二个?" << endl; 就跳出了switch语句。 当然有时候也有故意不加break,使得多个情况做同一个操作的,例如: #include using namespace std; int main() { int childrenNb(1); switch (childrenNb) { case 0: cout << "你没有孩子" << endl; break; case 1: case 2: cout << "你有孩子" << endl; break; default: cout << "差不多了吧" << endl; break; } return 0; } 上面的代码,当childrenNb的值为1或2时,都会执行 cout << "你有孩子" << endl; 是不是很妙呢? 还有要注意的是: 最后记得使用 default 分支。虽然default不加其实也不会报错,但即使程序真的不需要 default 处理,也应该保留语句,这样做并非画蛇添足,可以避免让人误以为你忘了 default 处理。要把 default 子句只用于检查真正的默认情况。 三元表达式:精简的条件语句 除了if...else语句和switch语句,还有第三种条件语句,比switch更少用。 我们将其称为 三元表达式。 更确切地说,其实它就是一个if...else的变体,只不过我们把它写在一行里了。 因为实例总比长篇的解释来得更清晰易懂,所以我们用两个例子来说明。 这两个例子的功能相同,只不过第一个使用if...else语句,第二个使用三元表达式。 我们还是用childrenNb这个整型变量来举例子。此时再加一个string变量message,表示打印的信息(message是英语"消息,信息"的意思)。 逻辑很简单,当childrenNb大于0时,message变成"你有孩子";如果childrenNb不大于0,message变成"你没有孩子"。 下面先给出if...else的实现: #include #include using namespace std; int main() { int childrenNb(2); string message(""); if (childrenNb > 0) message = "你有孩子"; else message = "你没有孩子"; cout << message << endl; return 0; } 注意: 上例中我把if和else对应的大括号给去掉了。在只有一句执行语句的时候,去掉大括号是可以的,两句或以上就须要加上大括号了。不过一般不推荐不加大括号,即使只有一句指令也应该加上大括号,以防以后出现问题。 上面的程序用三元表达式实现则是这样: #include #include using namespace std; int main() { int childrenNb(2); string message(""); message = childrenNb > 0 ? "你有孩子" : "你没有孩子"; cout << message << endl; return 0; } 三元表达式使我们可以只用一行代码来根据条件改变变量的值。 问号表示首先判断childrenNb > 0是不是真。如果是真,则取问号后面的"你有孩子",将"你有孩子"赋给message;如果为假,取冒号后面的"你没有孩子",将"你没有孩子"赋给message。 这里的问号就有点像if的条件判断,冒号就像else。 事实上,三元表达式并不是那么常用,因为它会使代码变得难读,特别是当判断条件多且复杂的时候。 布尔变量和条件组合 我们再继续深入学习条件语句,来看看两个概念:布尔变量和条件组合。 布尔变量 你还记得之前变量那一课我们在列表中见到的bool吗?这种类型的变量只能储存以下两个值中的一个: 因此bool变量的值,不是true,就是false。true是英语"真"的意思,而false是"假"的意思。 其实,布尔变量就是条件表达式的核心。因为我们之前说的类似 childrenNb > 0 是否为真,就是指整个表达式(childrenNb > 0)是否等于true。如果为真,则是true;如果为假,则是false。 例如: bool hasChildren(true); if (hasChildren == true) { cout << "你有孩子" << endl; } 我们也可以精简一些: bool hasChildren(true); if (hasChildren) { cout << "你有孩子" << endl; } 我们也可以这样写: bool hasChildren(false); int childrenNb(2); hasChildren = childrenNb > 0; if (hasChildren) { cout << "你有孩子" << endl; } else { cout << "你没有孩子" << endl; } 条件组合 我们也可以在条件语句的括号()中测试多个条件表达式。例如,你想要测试一个人的年龄是不是介于18岁和25岁之间,就需要两个条件表达式来判断了。 为了达成我们的目的,我们需要用到新的符号: 符号 意义 逻辑与 逻辑或 逻辑非 本来其实上表中的几个应该叫做:与,或,非,但为什么叫“逻辑与”,“逻辑或”和“逻辑非”呢? 那是因为之后我们还会学到 &,| 等符号,称为“按位或”和“按位与”。暂时不用知道什么意思。 逻辑与 如果我们要做上面提到过的年龄的判断,则需要用逻辑与: if (age > 18 && age < 25) 两个 & 号连在一起表示逻辑与,就是说当两边的表达式都为真时,括号中的整个表达式才为真,所以这里只有当age大于18并且小于25的情况下,括号里的表达式才为真。 逻辑或 为了做逻辑或判断,我们则要用到两个 | 符号。逻辑或只要其两边的两个表达式有一个为真,整个表达式就为真。我承认这个符号在键盘上不容易输入。 假设我们现在要写一个程序,目的是判断一个人是不是够资格开设银行账户。众所周知,要开一个银行账户,申请人不能太年幼(我们假定需要大于20岁)或者有很多钱(有钱任性嘛,即使是10岁小孩,也得让他开户)。所以我们的程序是像以下这样: if (age > 20 || money > 150000) { cout << "欢迎来到**银行 !" << endl; } else { cout << "我还不够资格,悲催啊 !" << endl; } 所以这个测试只有当申请人年龄大于20岁或者拥有超过15万现金时,才让其开户。 逻辑非 我们最后要看的符号是感叹号,表示“取反”,加在表达式之前。如果表达式为真,那么加上感叹号则为假;如果表达式为假,那么加上感叹号则为真。例如: if (!(age < 18)) 上面的表达式表示“假如已经成年”。 当然,逻辑与和逻辑或可以连用,甚至多个一起用,例如: if ((age > 18 && age < 25) || age < 4) 一些容易犯的错误 == 号 不要忘了之前讲过的 == (两个等号)是用于判断是否相等。例如: if (age == 18) { cout << "你刚成年 !" << endl; } 上例中如果错把 == (两个等号)写成了 = (单个等号),那后果很严重,表达式就变成 age = 18了。单个等号是赋值,所以age变为18,整个表达式的值变为18,就起不到判断的作用了。 一种避免这样错误的写法是“18 == age”,这样如果我们漏写了一个等号,变成“18 = age”,那编译器会报错,因为常量(18)不能做左值。关于左值和右值,可以去搜索网上的资料,简单来说“位于赋值运算符两侧的两个值,左边的就叫左值,右边的就叫右值”。 多余的分号(;) 还有一个经常会犯的错误是:在if的括号或者else...if的括号后面多加了一个分号,如下: if (age == 18); // 注意这个分号,本来不应该出现的 { cout << "你刚成年 !" << endl; } 上面的代码实际上相当于 if (age == 18) { ; } { cout << "你刚成年 !" << endl; } 看到没有,分号就相当于if语句的大括号里的执行语句,而 ; 是空语句,什么也不执行。我们原先想让其在age等于18时执行的cout语句却成了一个必定会被执行的语句,不论age的值是不是等于18(大括号是可以把多个语句集合起来的分隔区域,可以拿掉大括号再来理解)。 可能有点晕,好好多看几遍代码。 循环 循环是什么呢? 简单地说:循环使你能够重复执行同样的指令。 与 条件语句/条件表达式 类似,循环语句也有几种形式。但是至终,目的仍然是一样的:多次执行同样的指令。 我们一起来看C++中常用的三种循环: while循环 do...while循环 for循环 这三种循环的基本原理都是一样的,如下图所示: 上图中,依次进行的是: 电脑从上到下执行各条指令,像往常一样 执行完最后一条命令,重新回到第一条命令,从上往下开始执行 如此周而复始 上图中存在的问题是:如果我们不停止循环,那么电脑是有能力一直执行下去的(我一路向北,离开有你的季节。方向盘周围,回转着我的后悔...)。 是的,我们的电脑兄不像有些人,它是从来不抱怨的,叫它干什么就干什么,这也是我们喜欢它的原因。 永不停止的循环有一个术语叫“死循环”,陷入死循环的电脑很容易卡机,这也是程序员经常抱怨的问题之一。 怎么能够让循环停下来呢? 聪明如你应该已经想到了:条件表达式 对了,之前我们学了条件表达式,现在到它派用场的时候了。 事实上,我们创建循环语句的时候,总会给它一个条件,这个条件指明: 在条件为真时,才继续执行循环,否则停止。 下面我么就来看看第一种循环: while循环 while循环 while循环的结构是这样的: while (/* 条件 */) { // 重复执行的指令 } 不难理解吧,while在英语中是“当...时”,所以就是说:当括号里的“条件”为真时,执行大括号里的指令;一旦条件变为假,则不执行指令,while循环结束。 用一个小程序来看一下吧。这个程序中,我们要让用户输入数字27,只有当用户输入的是27时,程序才会停止,否则会一直让用户输入数字(我知道,我知道,我是很任性): #include using namespace std; int main() { int number = 0; while (number != 27) { cout << "请输入 27 ! " ; cin >> number; } return 0; } 运行程序,会如下显示: 请输入 27 ! 10 请输入 27 ! 17 请输入 27 ! 30 请输入 27 ! 27 直到你输入了27,程序才停止。 接下来,我们用while循环来做一点更有意思的事情:让循环执行一定次数 int counter = 0; while (counter< 10) { cout << "你好!" << endl; counter++; } 它会显示10次 “你好!”,如下: 你好! 你好! 你好! 你好! 你好! 你好! 你好! 你好! 你好! 你好! 逻辑到底是怎么样的呢? counter初始值为0 我们的while循环的循环条件是 counter < 10,也就是说,只有在counter变量的值小于10的时候,才会执行循环体(大括号里)的指令: 打印“你好!” 因为初始counter是0,循环条件为真,所以执行cout,显示“你好!” 在循环体中,我们将counter的值加1 第二次判断条件的时候,counter的值已经是1了,但还是满足counter < 10这个条件,因此再次显示“你好!” 如此这般,一直到counter的值变为10,不满足counter < 10这个条件了,while循环才结束,所以一共打印了十个“你好!” 为了加深理解,我们再来写一个小程序,这次我们让while循环每次输出变量的值: int counter= 0; while (counter< 10) { cout << "变量的值是 " << counter << endl; counter++; } 执行程序,显示如下: 变量的值是 0 变量的值是 1 变量的值是 2 变量的值是 3 变量的值是 4 变量的值是 5 变量的值是 6 变量的值是 7 变量的值是 8 变量的值是 9 do...while循环 这种类型和while循环非常类似,不过比较少用到。 与while循环唯一的不同点就是循环条件的位置,while循环中循环条件是在一开始,而do...while循环中是在最后: int counter = 0; do { cout << "你好 !" << endl; counter++; } while (counter < 10); 这样的不同改变了什么呢? 很简单,while循环可能会一次也不执行循环体(大括号里)的指令,假如条件一开始就不满足;而do...while循环是先执行循环体的指令,再做条件判断,所以do...while的指令至少会被执行一次 如果我们将do...while循环中的变量counter初始化为40,那么do...while会显示一次“你好!”,对于while循环,如果counter初始为40,那么一次也不会显示“你好!” for循环 理论上,for循环可以实现我们想要的任何类型循环。 之前已经说过,for循环就是另一种形式而已。 之前while循环的例子: int counter = 0; while (counter < 10) { cout << "你好 !" << endl; counter++; } 以上的代码,我么可以写一个for循环的版本,它们做的是同样的事情: int counter; for (counter = 0 ; counter < 10 ; counter++) { cout << "你好 !" << endl; } 这两个循环都会显示十次 “你好!” for循环和while循环有什么区别呢? for循环的例子中,counter变量并没有在声明的时候初始化 在for后面的括号中,有更多的东西(下面我们会详述) 在循环体(大括号里的内容)中,没有counter++这个指令 我们最感兴趣的是for后面的括号中的内容,因为那也是for循环吸引人的地方 可以看到括号中有三条指令,用分号(;)分隔: 第一条指令用于初始化:在我们的情况,我们将counter的值初始化为0。 第二条指令用于规定条件:和while循环一样,这个条件用于判断循环是否继续执行,当这个条件为真时,for循环才会继续。 第三条指令用于做自增:这条指令是在循环体中的指令执行完后才执行的,用于更新变量的值;大多数情况下我们是做自增,当然我们也可以做自减(counter--)或者减少任意值(counter-=2) (关于自增和自减,请看上一课)。 因此,for循环的逻辑是这样的: 括号里的第一句指令用于初始化变量,只会执行一次,之后不再执行。 对括号里的第二句指令做判断,如果条件为真,则执行循环体(大括号里)的指令,如果为假,则不执行循环体,for循环结束。 执行完循环体里的指令,接着执行括号里的第三句指令,用于更新变量的值。 再次对括号里的第二句指令做判断,如果条件为真,则执行循环体(大括号里)的指令,如果为假,则不执行循环体,for循环结束。 如此周而复始,注意,括号里的第一句指令只会执行一次,之后就用不上了。 简单说来,for循环浓缩了很多内容在for后面的括号里。 一定要熟练掌握for循环,因为以后会很常用。 什么时候用for循环,什么时候用while或do... while循环呢? 并没有规定。 for循环一般用在我们知道循环会执行多少次的情况;而while和do... while循环一般用在希望重复执行指令,直到特定条件满足才停止的情况。 总结 条件表达式使我们可以测试变量的值,根据结果来改变程序的表现。 if.. else if... else条件语句是最常用的条件语句。 switch条件语句,可以用来测试一个变量的所有可能值。 布尔变量(bool)是一种特殊的变量,它只有两种取值: 真(true)和假(false)。 循环语句使我们可以重复相同的指令很多次。 有三种循环语句:while,do... while,for。依情况不同,选择某个循环会更适合。 for循环一般用在我们知道循环会执行多少次的情况;而while和do... while循环一般用在希望重复执行指令,直到特定条件满足才停止的情况。 第一部分第七课预告 今天的课就到这里,一起加油吧! 下一课我们学习:函数效应,分而治之 微信公众号:ProgrammerLeaguetrue
(真) ;false
(假).&&
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