分支結構程式

5 分支結構程式 1
5.1 關係運算符和表達式 1
5.1.1 關係運算符及其優先次序 1
5.1.2 關係表達式 1
5.2 邏輯運算符和表達式 2
5.2.1 邏輯運算符極其優先次序 2
5.2.2 邏輯運算的值 3
5.2.3 邏輯表達式 3
5.3 if語句 4
5.3.1 if語句的三種形式 4
5.3.2 if語句的嵌套 7
5.3.3 條件運算符和條件表達式 9
5.4 switch語句 10
5.5 程式舉例 11
5 分支結構程式
5.1 關係運算符和表達式
在程式中經常需要比較兩個量的大小關係，以決定程式下一步的工作。比較兩個量的運算符稱為關係運算符。
5.1.1 關係運算符及其優先次序
在Ｃ語言中有以下關係運算符：
1) < 小於
2) <= 小於或等於
3) > 大於
4) >= 大於或等於
5) == 等於
6) != 不等於
關係運算符都是雙目運算符，其結合性均為左結合。關係運算符的優先權低於算術運算符，高於賦值運算符。 在六個關係運算符中，<,<=,>,>=的優先權相同，高於==和!=，==和!=的優先權相同。
5.1.2 關係表達式
關係表達式的一般形式為：
表達式 關係運算符 表達式
例如：
a+b>c-d
x>3/2
'a'+1<c
-i-5*j==k+1
都是合法的關係表達式。由於表達式也可以又是關係表達式。 因此也允許出現嵌套的情況。例如：
a>(b>c)
a!=(c==d)
等。
關係表達式的值是真"和"假"，用"1"和"0"表示。
如：
5>0的值為"真"，即為1。
(a=3)>(b=5)由於3>5不成立，故其值為假，即為0。
【例5.1】
main(){
char c="k";
int i=1,j=2,k=3;
float x=3e+5,y=0.85;
printf("%d,%d\n",'a'+5<c,-i-2*j>=k+1);
printf("%d,%d\n",1<j<5,x-5.25<=x+y);
printf("%d,%d\n",i+j+k==-2*j,k==j==i+5);
}
在本例中求出了各種關係運算符的值。字元變數是以它對應的ASCII碼參與運算的。對於含多個關係運算符的表達式，如k==j==i+5,根據運算符的左結合性，先計算k==j,該式不成立，其值為0，再計算0==i+5，也不成立，故表達式值為0。
5.2 邏輯運算符和表達式
5.2.1 邏輯運算符極其優先次序
Ｃ語言中提供了三種邏輯運算符：
1) && 與運算
2) || 或運算
3) ! 非運算
與運算符&&和或運算符||均為雙目運算符。具有左結合性。非運算符!為單目運算符，具有右結合性。邏輯運算符和其它運算符優先權的關係可表示如下：
!（非）→&&(與)→||(或)
"&&"和"||"低於關係運算符，"！"高於算術運算符。
按照運算符的優先順序可以得出：
a>b && c>d 等價於 (a>b)&&(c>d)
!b==c||d<a 等價於 ((!b)==c)||(d<a)
a+b>c&&x+y<b 等價於 ((a+b)>c)&&((x+y)<b)
5.2.2 邏輯運算的值
邏輯運算的值也為"真"和"假"兩種，用"1"和"0 "來表示。其求值規則如下：
1. 與運算 &&：參與運算的兩個量都為真時，結果才為真，否則為假。
例如：
5>0 && 4>2
由於5>0為真，4>2也為真，相與的結果也為真。
2. 或運算||：參與運算的兩個量只要有一個為真，結果就為真。 兩個量都為假時，結果為假。
例如：
5>0||5>8
由於5>0為真，相或的結果也就為真。
3. 非運算!：參與運算量為真時，結果為假；參與運算量為假時，結果為真。
例如：
!(5>0)
的結果為假。
雖然Ｃ編譯在給出邏輯運算值時，以"1"代表"真"，"0 "代表"假"。 但反過來在判斷一個量是為"真"還是為"假"時，以"0"代表"假"，以非"0"的數值作為"真"。例如：
由於5和3均為非"0"因此5&&3的值為"真"，即為1。
又如：
5||0的值為"真"，即為1。
5.2.3 邏輯表達式
邏輯表達式的一般形式為：
表達式 邏輯運算符 表達式
其中的表達式可以又是邏輯表達式，從而組成了嵌套的情形。
例如：
(a&&b)&&c
根據邏輯運算符的左結合性，上式也可寫為：
a&&b&&c
邏輯表達式的值是式中各種邏輯運算的最後值，以"1"和"0"分別代表"真"和"假"。
【例5.2】
main(){
char c="k";
int i=1,j=2,k=3;
float x=3e+5,y=0.85;
printf("%d,%d\n",!x*!y,!!!x);
printf("%d,%d\n",x||i&&j-3,i<j&&x<y);
printf("%d,%d\n",i==5&&c&&(j=8),x+y||i+j+k);
}
本例中!x和!y分別為0，!x*!y也為0，故其輸出值為0。由於x為非0，故!!!x的邏輯值為0。對x|| i && j-3式，先計算j-3的值為非0，再求i && j-3的邏輯值為1，故x||i&&j-3的邏輯值為 1。對i<j&&x<y式，由於i<j的值為1，而x<y為0故表達式的值為1，0相與，最後為0，對i==5&&c&&(j=8)式，由於i==5為假，即值為0，該表達式由兩個與運算組成，所以整個表達式的值為0。對於式x+ y||i+j+k由於x+y的值為非0，故整個或表達式的值為1。
5.3 if語句
用if語句可以構成分支結構。它根據給定的條件進行判斷，以決定執行某個分支程式段。Ｃ語言的if語句有三種基本形式。
5.3.1 if語句的三種形式
1. 第一種形式為基本形式：if
if(表達式) 語句
其語義是：如果表達式的值為真，則執行其後的語句， 否則不執行該語句。其過程可表示為下圖。
【例5.3】
main(){
int a,b,max;
printf("\n input two numbers: ");
scanf("%d%d",&a,&b);
max=a;
if (max<b) max=b;
printf("max=%d",max);
}
本例程式中，輸入兩個數a,b。把a先賦予變數max，再用if語句判別max和b的大小，如max小於b，則把b賦予max。因此max中總是大數，最後輸出max的值。
2. 第二種形式為: if-else
if(表達式)
語句1；
else
語句2；
其語義是：如果表達式的值為真，則執行語句1，否則執行語句2 。
其執行過程可表示為下圖。
【例5.4】
main(){
int a, b;
printf("input two numbers: ");
scanf("%d%d",&a,&b);
if(a>b)
printf("max=%d\n",a);
else
printf("max=%d\n",b);
}
輸入兩個整數，輸出其中的大數。
改用if-else語句判別a,b的大小，若a大，則輸出a，否則輸出b。
3. 第三種形式為if-else-if形式
前二種形式的if語句一般都用於兩個分支的情況。 當有多個分支選擇時，可採用if-else-if語句，其一般形式為：
if(表達式1)
語句1；
else if(表達式2)
語句2；
else if(表達式3)
語句3；
…
else if(表達式m)
語句m；
else
語句n；
其語義是：依次判斷表達式的值，當出現某個值為真時，則執行其對應的語句。然後跳到整個if語句之外繼續執行程式。 如果所有的表達式均為假，則執行語句n。然後繼續執行後續程式。 if-else-if語句的執行過程如圖3-3所示。
【例5.5】
#include"stdio.h"
main(){
char c;
printf("input a character: ");
c=getchar();
if(c<32)
printf("This is a control character\n");
else if(c>="0"&&c<="9")
printf("This is a digit\n");
else if(c>="A"&&c<="Z")
printf("This is a capital letter\n");
else if(c>="a"&&c<="z")
printf("This is a small letter\n");
else
printf("This is an other character\n");
}
本例要求判別鍵盤輸入字元的類別。可以根據輸入字元的ASCII碼來判別類型。由ASCII碼錶可知ASCII值小於32的為控制字元。 在"0"和"9"之間的為數字，在"A"和"Z"之間為大寫字母， 在"a"和"z"之間為小寫字母，其餘則為其它字元。 這是一個多分
支選擇的問題，用if-else-if語句編程，判斷輸入字元ASCII碼所在的範圍，分別給出不同的輸出。例如輸入為"g"，輸出顯示它為小寫字元。
4. 在使用if語句中還應注意以下問題:
1) 在三種形式的if語句中，在if關鍵字之後均為表達式。 該表達式通常是邏輯表達式或關係表達式， 但也可以是其它表達式，如賦值表達式等，甚至也可以是一個變數。
例如：
if(a=5) 語句；
if(b) 語句；
都是允許的。只要表達式的值為非0，即為"真"。
如在:
if(a=5)…；
中表達式的值永遠為非0，所以其後的語句總是要執行的，當然這種情況在程式中不一定會出現，但在語法上是合法的。
又如，有程式段：
if(a=b)
printf("%d",a);
else
printf("a=0");
本語句的語義是，把b值賦予a，如為非0則輸出該值，否則輸出"a=0"字元串。這種用法在程式中是經常出現的。
2) 在if語句中，條件判斷表達式必須用括弧括起來，在語句之後必須加分號。
3) 在if語句的三種形式中，所有的語句應為單個語句，如果要想在滿足條件時執行一組(多個)語句，則必須把這一組語句用{}括起來組成一個複合語句。但要注意的是在}之後不能再加分號。
例如：
if(a>b)
{a++;
b++;}
else
{a=0;
b=10;}
5.3.2 if語句的嵌套
當if語句中的執行語句又是if語句時，則構成了if 語句嵌套的情形。
其一般形式可表示如下：
if(表達式)
if語句；
或者為
if(表達式)
if語句；
else
if語句；
在嵌套內的if語句可能又是if-else型的，這將會出現多個if和多個else重疊的情況，這時要特別注意if和else的配對問題。
例如：
if(表達式1)
if(表達式2)
語句1；
else
語句2；
其中的else究竟是與哪一個if配對呢?
應該理解為：
if(表達式1)
if(表達式2)
語句1；
else
語句2；
還是應理解為：
if(表達式1)
if(表達式2)
語句1；
else
語句2；
為了避免這種二義性，Ｃ語言規定，else 總是與它前面最近的if配對，因此對上述例子應按前一種情況理解。
【例5.6】
main(){
int a,b;
printf("please input A,B: ");
scanf("%d%d",&a,&b);
if(a!=b)
if(a>b) printf("A>B\n");
else printf("A<B\n");
else printf("A=B\n");
}
比較兩個數的大小關係。
本例中用了if語句的嵌套結構。採用嵌套結構實質上是為了進行多分支選擇，實際上有三種選擇即A>B、A<B或A=B。這種問題用if-else-if語句也可以完成。而且程式更加清晰。因此，在一般情況下較少使用if語句的嵌套結構。以使程式更便於閱讀理解。
【例5.7】
main(){
int a,b;
printf("please input A,B: ");
scanf("%d%d",&a,&b);
if(a==b) printf("A=B\n");
else if(a>b) printf("A>B\n");
else printf("A<B\n");
}
5.3.3 條件運算符和條件表達式
如果在條件語句中，只執行單個的賦值語句時， 常可使用條件表達式來實現。不但使程式簡潔，也提高了運行效率。
條件運算符為?和：，它是一個三目運算符，即有三個參與運算的量。
由條件運算符組成條件表達式的一般形式為：
表達式1? 表達式2： 表達式3
其求值規則為：如果表達式1的值為真，則以表達式2 的值作為條件表達式的值，否則以表達式2的值作為整個條件表達式的值。
條件表達式通常用於賦值語句之中。
例如條件語句：
if(a>b) max=a;
else max=b;
可用條件表達式寫為
max=(a>b)?a:b;
執行該語句的語義是：如a>b為真，則把a賦予max，否則把b 賦予max。
使用條件表達式時，還應注意以下幾點：
1) 條件運算符的運算優先權低於關係運算符和算術運算符，但高於賦值符。
因此
max=(a>b)?a:b
可以去掉括弧而寫為
max=a>b?a:b
2) 條件運算符?和：是一對運算符，不能分開單獨使用。
3) 條件運算符的結合方向是自右至左。
例如：
a>b?a:c>d?c:d
應理解為
a>b?a:(c>d?c:d)
這也就是條件表達式嵌套的情形，即其中的表達式3又是一個條件表達式。
【例5.8】
main(){
int a,b,max;
printf("\n input two numbers: ");
scanf("%d%d",&a,&b);
printf("max=%d",a>b?a:b);
}
用條件表達式對上例重新編程，輸出兩個數中的大數。
5.4 switch語句
Ｃ語言還提供了另一種用於多分支選擇的switch語句， 其一般形式為：
switch(表達式){
case常量表達式1: 語句1;
case常量表達式2: 語句2;
…
case常量表達式n: 語句n;
default : 語句n+1;
}
其語義是：計算表達式的值。 並逐個與其後的常量表達式值相比較，當表達式的值與某個常量表達式的值相等時， 即執行其後的語句，然後不再進行判斷，繼續執行後面所有case後的語句。如表達式的值與所有case後的常量表達式均不相同時，則執行default後
的語句。
【例4.9】
main(){
int a;
printf("input integer number: ");
scanf("%d",&a);
switch (a){
case 1:printf("Monday\n");
case 2:printf("Tuesday\n");
case 3:printf("Wednesday\n");
case 4:printf("Thursday\n");
case 5:printf("Friday\n");
case 6:printf("Saturday\n");
case 7:printf("Sunday\n");
default:printf("error\n");
}
}
本程式是要求輸入一個數字，輸出一個英文單詞。但是當輸入3之後，卻執行了case3以及以後的所有語句，輸出了Wednesday 及以後的所有單詞。這當然是不希望的。為什麼會出現這種情況呢?這恰恰反應了switch語句的一個特點。在switch語句中，"case 常量表達式"只相當於一個語句標號， 表達式的值和某標號相等則轉向該標號執行，但不能在執行完該標號的語句後自動跳出整個switch 語句，所以出現了繼續執行所有後面case語句的情況。 這是與前面介紹的if語句完全不同的，應特別注意。為了避免上述情況，Ｃ語言還提供了一種break語句，專用於跳出switch語句，break 語句只有關鍵字break，沒有參數。在後面還將詳細介紹。修改例題的程式，在每一case語句之後增加break 語句， 使每一次執行之後均可跳出switch語句，從而避免輸出不應有的結果。
【例4.10】
main(){
int a;
printf("input integer number: ");
scanf("%d",&a);
switch (a){
case 1:printf("Monday\n");break;
case 2:printf("Tuesday\n"); break;
case 3:printf("Wednesday\n");break;
case 4:printf("Thursday\n");break;
case 5:printf("Friday\n");break;
case 6:printf("Saturday\n");break;
case 7:printf("Sunday\n");break;
default:printf("error\n");
}
}
在使用switch語句時還應注意以下幾點：
1) 在case後的各常量表達式的值不能相同，否則會出現錯誤。
2) 在case後，允許有多個語句，可以不用{}括起來。
3) 各case和default子句的先後順序可以變動，而不會影響程式執行結果。
4) default子句可以省略不用。
5.5 程式舉例
【例4.11】輸入三個整數，輸出最大數和最小數。
main(){
int a,b,c,max,min;
printf("input three numbers: ");
scanf("%d%d%d",&a,&b,&c);
if(a>b)
{max=a;min=b;}
else
{max=b;min=a;}
if(max<c)
max=c;
else
if(min>c)
min=c;
printf("max=%d\nmin=%d",max,min);
}
本程式中，首先比較輸入的a,b的大小，並把大數裝入max，小數裝入min中，然後再與c比較，若max小於c，則把c賦予max；如果c小於min，則把c賦予min。因此max內總是最大數，而min內總是最小數。最後輸出max和min的值即可。
【例4.12】計算器程式。用戶輸入運算數和四則運算符，輸出計算結果。
main(){
float a,b;
char c;
printf("input expression: a+(-,*,/)b \n");
scanf("%f%c%f",&a,&c,&b);
switch(c){
case '+': printf("%f\n",a+b);break;
case '-': printf("%f\n",a-b);break;
case '*': printf("%f\n",a*b);break;
case '/': printf("%f\n",a/b);break;
default: printf("input error\n");
}
}
本例可用於四則運算求值。switch語句用於判斷運算符，然後輸出運算值。當輸入運算符不是+,-,*,/時給出錯誤提示。