《C語言程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課件第4章

第4章

選擇結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)語句——分支結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)4.1選擇結(jié)構(gòu)與條件判斷4.2實(shí)現(xiàn)兩分支選擇的if語句4.3實(shí)現(xiàn)多重選擇的if嵌套4.4實(shí)現(xiàn)多分支選擇的switch語句4.5選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)任務(wù)七

熟悉邏輯表達(dá)式和選擇結(jié)構(gòu)語句實(shí)訓(xùn)任務(wù)八

學(xué)習(xí)選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的方法 4.1選擇結(jié)構(gòu)與條件判斷

在C程序中如何表達(dá)分支判斷條件？

選擇結(jié)構(gòu)(或稱分支結(jié)構(gòu))就是依據(jù)一定的條件作出邏輯判斷，有選擇地處理問題。選擇結(jié)構(gòu)的一般結(jié)構(gòu)形式如圖4.1所示。

圖4.1選擇結(jié)構(gòu)圖4.1(a)是根據(jù)條件成立與否在兩個(gè)分支中選擇一個(gè)分支處理，即處理分支1或處理分支2；圖(b)是根據(jù)條件成立與否選擇是否要處理分支1，即處理分支1或不處理。選擇結(jié)構(gòu)中，判斷條件是實(shí)現(xiàn)選擇的關(guān)鍵。C語言中的判斷條件是用表達(dá)式來表示的。這種表達(dá)式的值只有兩種，即“真”和“假”，稱為邏輯值。條件成立是邏輯“真”，條件不成立是邏輯“假”。在C語言編譯系統(tǒng)中，以數(shù)值“1”代表邏輯“真”，以“0”代表邏輯“假”。把一個(gè)數(shù)值作為邏輯量判斷時(shí)，以“非0”代表邏輯“真”，以“0”代表邏輯“假”，即將一個(gè)非0的數(shù)值作為邏輯“真”。表示選擇結(jié)構(gòu)中的判斷條件的表達(dá)式有關(guān)系表達(dá)式、邏輯表達(dá)式和條件表達(dá)式等。4.1.1關(guān)系運(yùn)算符和關(guān)系表達(dá)式

關(guān)系表達(dá)式是用關(guān)系運(yùn)算符連接運(yùn)算對(duì)象的式子。C語言中的關(guān)系運(yùn)算符如表4.1所示。

從表4.1可以看出，C語言中的關(guān)系運(yùn)算符所表示的運(yùn)算關(guān)系及其優(yōu)先級(jí)順序與數(shù)學(xué)中的關(guān)系運(yùn)算符一致，但有些表示符號(hào)是不同的。這一點(diǎn)要在使用中引起注意，不能混淆，否則編寫的程序?qū)⒃诰幾g時(shí)出錯(cuò)。

關(guān)系運(yùn)算符的結(jié)合性是自左至右的，同優(yōu)先級(jí)的運(yùn)算符按從左到右的順序運(yùn)算，不同優(yōu)先級(jí)的運(yùn)算符按先高后低的順序運(yùn)算。使用括號(hào)可改變運(yùn)算符的運(yùn)算順序，即先括號(hào)內(nèi)、后括號(hào)外。

表4.1關(guān)系運(yùn)算符4.1.2邏輯運(yùn)算符和邏輯表達(dá)式

邏輯表達(dá)式是用邏輯運(yùn)算符將邏輯運(yùn)算對(duì)象連接起來的式子。C語言中的邏輯運(yùn)算符如表4.2所示。

表4.2邏輯運(yùn)算符邏輯運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)順序?yàn)?(非)→&&(與)→||(或)，即“！”優(yōu)先級(jí)最高。

邏輯表達(dá)式中可以將算術(shù)表達(dá)式、關(guān)系表達(dá)式作為邏輯運(yùn)算對(duì)象，即邏輯表達(dá)式可以是算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符和其他運(yùn)算符組成的混合運(yùn)算表達(dá)式。運(yùn)算時(shí)要依據(jù)優(yōu)先級(jí)順序來進(jìn)行。至此，所學(xué)過的運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)順序?yàn)椋?/p>

!(非)→算術(shù)運(yùn)算符→關(guān)系運(yùn)算符→&&(與)→||?(或)→賦值運(yùn)算符→逗號(hào)運(yùn)算符

表4.3表達(dá)式求解順序邏輯表達(dá)式用來表示由簡單條件組成的復(fù)合條件。例如，閏年的判定條件是滿足如下兩個(gè)條件之一：

(1)能被4整除，但不能被100整除，如2008；

(2)能被400整除，如2000。

閏年的判定條件可用如下的邏輯表達(dá)式表示(年份用變量year表示)：

(year%4==0&&year%100!=0)||year%400==0

如果表達(dá)式的值為1(真)，year表示的年份為閏年，否則為非閏年。

可以用否定命題來判斷非閏年。其邏輯表達(dá)式為

!((year%4==0&&year%100!=0)||year%400==0)此表達(dá)式的值為1(真)，year表示的年份為非閏年，否則為閏年。

還可以用下面的邏輯表達(dá)式來判斷非閏年：

(year%4!=0)||(year%100==0&&year%400!=0)

綜上可知，構(gòu)造一個(gè)符合條件的邏輯表達(dá)式不是唯一的，分析清楚邏輯關(guān)系，可從不同命題角度來構(gòu)造邏輯表達(dá)式，但最終要分析邏輯表達(dá)式的值能否符合命題要求。4.1.3邏輯型變量

C99標(biāo)準(zhǔn)中新增加了邏輯類型數(shù)據(jù)，可以定義邏輯型變量，將關(guān)系運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的結(jié)果存放到一個(gè)邏輯型變量中，以便于分析和運(yùn)算。邏輯類型的表示符關(guān)鍵字是“_Bool”。例如，對(duì)學(xué)生的考試成績分級(jí)，定義邏輯變量以存放判定結(jié)果，可使程序簡單明晰：

在頭文件stdbool.h中，將定義bool為_Bool的替代標(biāo)識(shí)符，同時(shí)定義兩個(gè)符號(hào)常量true和false，分別表示邏輯真(1)和邏輯假(0)。因此，上面的程序可寫為

邏輯類型bool及true和false是C++中使用的，C語言新標(biāo)中準(zhǔn)吸收進(jìn)來，以增加程序的可讀性。但是目前使用的有些C編譯系統(tǒng)還未實(shí)現(xiàn)此功能。如果使用，需了解所使用的編譯系統(tǒng)是否支持。4.1.4條件運(yùn)算符和條件表達(dá)式

“？”是條件運(yùn)算符，可以連接運(yùn)算對(duì)象形成條件表達(dá)式。條件表達(dá)式的一般形式為

表達(dá)式1?表達(dá)式2：表達(dá)式3

其中，表達(dá)式可以是算術(shù)表達(dá)式、關(guān)系表達(dá)式和邏輯表達(dá)式。表達(dá)式的求值順序是：先求表達(dá)式1的值，若表達(dá)式1的值為邏輯真，則求表達(dá)式2的值，并把表達(dá)式2的值作為條件表達(dá)式的值；若表達(dá)式1的值為邏輯假，則求表達(dá)式3的值，并把表達(dá)式3的值作為條件表達(dá)式的值。

“？”運(yùn)算符的優(yōu)先級(jí)高于“=”和“，”運(yùn)算符，低于其他所有運(yùn)算符，見附錄C。分析：輸入3和9，a的值是3，b的值是9，a小于b，所以b的值作為條件表達(dá)式的值賦給max，因此輸出結(jié)果是9。

條件表達(dá)式和前面介紹的分支結(jié)構(gòu)的邏輯關(guān)系一致，但與后面的選擇語句有本質(zhì)的區(qū)別。條件表達(dá)式只是語句的成分，編譯時(shí)不生成語句代碼，而選擇語句編譯時(shí)要生成語句代碼。

4.2實(shí)現(xiàn)兩分支選擇的if語句

怎樣實(shí)現(xiàn)簡單邏輯判斷與選擇？

實(shí)現(xiàn)圖4.1所示的兩分支的選擇結(jié)構(gòu)用if語句。if語句的基本用形式為

形式一：

if(表達(dá)式)語句1；

else語句2；

形式二：

if(表達(dá)式)語句1；

其中，if和else是語句的關(guān)鍵字。表達(dá)式表示分支選擇條件，可以是關(guān)系表達(dá)式、邏輯表達(dá)式或其他表達(dá)式。如果使用算術(shù)表達(dá)式等其他類型的表達(dá)式，則表達(dá)式的值按邏輯值處理，即計(jì)算結(jié)果為非0，表示邏輯“真”；計(jì)算結(jié)果為0，表示邏輯“假”。

因?yàn)閕f語句是結(jié)構(gòu)型語句，所以語句1和語句2必須是符合C語言規(guī)定的語句形式，但不一定是一個(gè)基本語句，如果有多個(gè)基本語句，則要用花括號(hào)括起來，構(gòu)成復(fù)合語句。

第一種形式的if語句對(duì)應(yīng)圖4.1(a)所示的分支結(jié)構(gòu)。執(zhí)行流程是：先計(jì)算表達(dá)式的值，如果表達(dá)式的值為真，執(zhí)行語句1；如果表達(dá)式的值為假，執(zhí)行語句2。也就是說，根據(jù)表達(dá)式值的真假，在兩個(gè)分支語句中選擇一個(gè)執(zhí)行，稱為雙分支選擇型。在這種形式中，if和else必須配對(duì)使用。第二種形式的if語句對(duì)應(yīng)圖4.1(b)所示的分支結(jié)構(gòu)。執(zhí)行流程是：先計(jì)算表達(dá)式的值，如果表達(dá)式的值為真，執(zhí)行語句1，否則，不執(zhí)行語句1就結(jié)束，稱為單分支選擇型。

下面通過例子來說明if語句的使用。

例4.2

輸入兩個(gè)實(shí)數(shù)，按由大到小的順序輸出。

解題思路：輸入兩個(gè)數(shù)，存放在兩個(gè)變量a、b中，比較a和b值，如果a<b，則交換a和b的值，否則不交換。注意交換兩變量的值不能直接交換，因?yàn)樽兞看泶鎯?chǔ)單元，一個(gè)數(shù)存入后將覆蓋原來的數(shù)，所以必須設(shè)置一個(gè)暫存變量t。交換的方法是，先將a的值送t中暫存，再將b的值送a中，最后將暫存到t中的a值送給b。

分析：執(zhí)行scanf函數(shù)，輸入13和29，將13賦給a，29賦給b。因a小于b，所以，執(zhí)行if中的復(fù)合語句，進(jìn)行交換。輸出的是交換后的結(jié)果。程序中的if語句是單分支選擇型的。

例4.3

編程求解一元二次方程ax2+bx+c=0的根。

編程思路：求解一元二次方程的根需輸入3個(gè)系數(shù)值，求判別式的值，當(dāng)值小于0時(shí)無實(shí)數(shù)根，當(dāng)值大于等于0時(shí)才能求出實(shí)數(shù)根，其流程如圖4.2所示。

#include<stdio.h>

#include<math.h>

圖4.2一元二次方程求解流程運(yùn)行結(jié)果：

分析：

(1)為了提高精度，將所有變量定義為雙精度浮點(diǎn)型；

(2)程序中使用了雙分支選擇型if。輸入3，5，2，計(jì)算disc的值(5*5-4*3*2=1)，大于0，執(zhí)行else后的分支2復(fù)合語句，即求出實(shí)根并輸出。如果輸入使判別式小于0的系數(shù)(如6，4，2)，則執(zhí)行if后的分支1語句，輸出無實(shí)根的提示信息。請(qǐng)讀者自行驗(yàn)證。

4.3實(shí)現(xiàn)多重選擇的if嵌套

怎樣實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的邏輯判斷與選擇？

因兩種基本if語句形式中的分支1和分支2處可以是C語言的任何語句，所以也可以是if語句本身，這就形成了if語句中套if語句的形式，稱為if嵌套。當(dāng)然在嵌套的if語句中還可以再嵌套if語句，就形成了多重嵌套。兩種if語句形式可以形成多種嵌套形式，以下是嵌套形式之一：

if(表達(dá)式1)

if(表達(dá)式2)語句2；

else

if(表達(dá)式3)語句3；

else語句4；顯然，在if語句的兩分支中都嵌套了if語句。分支1嵌套了單分支選擇型if語句，分支2嵌套了雙分支選擇型if語句。

利用if嵌套可以實(shí)現(xiàn)多重分支選擇。上面嵌套形式的if語句的執(zhí)行可用圖4.3所示的流程圖說明。

圖4.3if嵌套流程圖在if嵌套語句中，往往不容易識(shí)別if和else的配對(duì)關(guān)系，為了程序清晰、可讀性好，提倡養(yǎng)成縮進(jìn)對(duì)齊的書寫習(xí)慣，即內(nèi)層嵌套的if語句縮進(jìn)，一個(gè)語句中的if與else對(duì)齊。在閱讀if嵌套結(jié)構(gòu)程序時(shí)，可從一個(gè)if嵌套結(jié)構(gòu)的最后開始，找到一個(gè)else，先與在它前面最近的沒有配對(duì)的if配對(duì)，依此，向前面逐個(gè)找else配對(duì)，一直配對(duì)到最前面的一個(gè)if。

例4.4

編程求解如下分段函數(shù)的值。

編程思路：輸入x值，先判斷是否小于0。如果小于0，則函數(shù)值為－1；如果不小于0，還需判斷是等于0還是大于0。顯然，屬于三分支選擇，應(yīng)該用if的兩層嵌套來實(shí)現(xiàn)。

運(yùn)行結(jié)果：

分析：輸入x的值10，if第1層條件判斷為假，執(zhí)行else分支的if語句，進(jìn)行第2層條件判斷，為假，則執(zhí)行第2層的else分支語句，使y賦值為1。結(jié)束if語句后，輸出x，y的值。可分別輸入小于0、等于0的數(shù)，讀者自行驗(yàn)證程序。

4.4實(shí)現(xiàn)多分支選擇的switch語句

怎樣實(shí)現(xiàn)多路邏輯判斷與選擇？

基本if語句只能實(shí)現(xiàn)兩分支的選擇。實(shí)際問題中常會(huì)遇到多分支的選擇。如學(xué)生成績的分級(jí)(90分以上為A級(jí)，80～89分為B級(jí)，70～79分為C級(jí)，60～69分為D級(jí)，60分以下為E級(jí))，人口統(tǒng)計(jì)中的按老、中、青、少、兒童分類等問題。這類問題可以用if嵌套來處理，但分支越多，嵌套層數(shù)也越多，程序冗長且可讀性降低。C語言提供的多分支選擇語句可解決此類問題。

其中：

(1)switch、case、default是語句的關(guān)鍵詞，而且要嚴(yán)格地按照以上結(jié)構(gòu)的順序關(guān)系書寫；

(2)表達(dá)式要求是整數(shù)類型的表達(dá)式，可包括字符型表達(dá)式；

(3)每一個(gè)case后必須有一個(gè)常量或常量表達(dá)式，不能出現(xiàn)變量或包含變量的表達(dá)式；

(4)常量后的語句位置可以是C語言允許的任何語句形式；

(5)?default行可以缺省。

switch語句的執(zhí)行流程是：先計(jì)算表達(dá)式的值，然后依次與花括號(hào)中case后的常量進(jìn)行匹配，如果不匹配(不相等)，則接著與下一個(gè)case常量匹配，直到與某一個(gè)常量匹配上就從該case后的語句開始，順序執(zhí)行其后所有的case語句。如果n個(gè)常量都匹配不上，則執(zhí)行default后的第n+1個(gè)語句。如果缺省default，則n個(gè)常量都匹配不上即自動(dòng)結(jié)束switch語句。case可理解為情況，常量表達(dá)式與case常量的匹配，可理解為情況符合檢查，如果符合某一情況，就從該情況開始，處理后面各種情況。switch語句的執(zhí)行流程如圖4.4所示。

圖4.4switch語句的執(zhí)行流程從流程圖可以看出，比較匹配是找一個(gè)符合情況的執(zhí)行點(diǎn)。相當(dāng)于尋找一條道路的入口，不同入口到終點(diǎn)的路程是不同的。有些問題有多個(gè)分支，各個(gè)分支的處理各不相同，要求根據(jù)情況選擇一個(gè)分支執(zhí)行。switch語句的執(zhí)行流程不符合這類問題的要求。C語言提供了一個(gè)提前結(jié)束switch結(jié)構(gòu)語句的break語句。使用break語句可實(shí)現(xiàn)多分支選一，其形式為

在case語句后加上“break;”，其作用是：當(dāng)與case常量匹配上，執(zhí)行完該case語句后，就立即結(jié)束switch，即不執(zhí)行其后的語句。在每一個(gè)case語句后加上“break;”語句，則執(zhí)行流程變?yōu)閳D4.5所示的情況。

圖4.5加入break語句后的switch語句執(zhí)行流程下面通過例子來說明witch語句的應(yīng)用。

例4.5

輸入一學(xué)生成績，按分?jǐn)?shù)段分級(jí)，輸出該學(xué)生等級(jí)和所在的分?jǐn)?shù)段。等級(jí)劃分為：90分以上為A級(jí)，80～89分為B級(jí)，70～79分為C級(jí)，60～69分為D級(jí)，60分以下為E級(jí)。

編程思路：學(xué)生成績分為5段(5級(jí))，適合用switch結(jié)構(gòu)語句。

分析：為了switch語句的常量表達(dá)式的值能與case常量按序列順序匹配，將輸入的成績按分段要求轉(zhuǎn)換到0～4的整數(shù)級(jí)上，使用了表達(dá)式(int)(score/10-5)，又用了兩個(gè)if語句，使得分?jǐn)?shù)在60分以下時(shí)轉(zhuǎn)換成整數(shù)0，賦給grade；分?jǐn)?shù)在60～69分范圍時(shí)轉(zhuǎn)換成整數(shù)1，賦給grade；分?jǐn)?shù)在70～79分范圍時(shí)轉(zhuǎn)換成整數(shù)2，賦給grade；分?jǐn)?shù)在80～89分范圍時(shí)轉(zhuǎn)換成整數(shù)3，賦給grade；分?jǐn)?shù)在90～100分范圍時(shí)轉(zhuǎn)換成整數(shù)4，賦給grade。這樣，case常量可分別是0、1、2、3、4。這是使用switch語句求解問題的一個(gè)重要方法。輸入76.5，經(jīng)運(yùn)算，grade的值為2，與case常量2匹配，按指定的格式輸出分?jǐn)?shù)段70～79及等級(jí)C。 4.5選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)

選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)應(yīng)考慮哪些問題？如何準(zhǔn)確地構(gòu)造分支選擇條件？

選擇結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)要分析問題的分支數(shù)和選擇條件，根據(jù)分支數(shù)恰當(dāng)選擇實(shí)現(xiàn)語句。分支數(shù)較少時(shí)，選擇if語句。分支數(shù)較多時(shí)，最好選擇switch語句，盡量避免if的多層嵌套，因?yàn)閕f嵌套程序的可讀性差。根據(jù)選擇條件設(shè)計(jì)表達(dá)式，是分支結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。分析條件時(shí)，先從簡單條件入手，用關(guān)系表達(dá)式表示，再分析簡單條件之間的邏輯關(guān)系，用邏輯表達(dá)式表示。設(shè)計(jì)出條件表達(dá)式后，應(yīng)進(jìn)行取值分析，檢查取值是否完全符合問題要求。復(fù)雜問題要設(shè)計(jì)算法描述圖。下面通過幾個(gè)實(shí)例來說明分支程序設(shè)計(jì)的方法。

例4.6

編寫程序，判定某一個(gè)年份是否是閏年。

編程思路：前面已經(jīng)分析過，判定閏年的條件是復(fù)合條件。根據(jù)邏輯關(guān)系構(gòu)造邏輯表達(dá)式(year%4==0&&year%100!=0)||year%400==0，可用綜合的邏輯表達(dá)式來表示條件，采用一個(gè)簡單的if語句來實(shí)現(xiàn)；也可以把簡單條件的邏輯關(guān)系表現(xiàn)在程序的執(zhí)行過程中，即根據(jù)邏輯關(guān)系，按簡單條件逐個(gè)判斷，這樣實(shí)現(xiàn)的N_S圖如圖4.6(a)所示。也可從否定邏輯表達(dá)式(year%4!=0)||(year%100==0&&year%400!=0)按簡單條件逐個(gè)判斷，這樣實(shí)現(xiàn)的N_S圖如圖4.6(b)所示。

圖4.6閏年判定程序N_S圖分析：兩種方法編寫的程序都能正確判定閏年。程序(1)用綜合邏輯表達(dá)式作判斷條件，采用一個(gè)簡單if語句即可實(shí)現(xiàn)，程序簡潔；程序(2)按簡單條件逐個(gè)判斷，用if嵌套實(shí)現(xiàn)，程序比較長，可讀性沒有程序(1)好，但也是分支程序的一種設(shè)計(jì)方法。在復(fù)雜條件時(shí)不便用綜合邏輯表達(dá)式的情況下，可用簡單條件逐個(gè)判斷的方法來設(shè)計(jì)程序。讀者可按圖4.6(b)表示的算法自行設(shè)計(jì)程序。

例4.7

編程實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸公司對(duì)用戶運(yùn)輸費(fèi)用的計(jì)算。運(yùn)輸費(fèi)用根據(jù)路程長短每噸?千米運(yùn)費(fèi)采取不同的折扣標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)如下(s表示路程)：

s<250 無折扣

250≤s<500 2%折扣

500≤s<1000 5%折扣

1000≤s<2000 8%折扣

2000≤s<3000 10%折扣

3000≤s 15%折扣

編程思路：設(shè)每噸每千米的基本運(yùn)費(fèi)為p，貨物重量為w，路程為s，折扣為d，總運(yùn)費(fèi)為f，則運(yùn)費(fèi)計(jì)算公式為

f?=?p?×?w?×?s?×?(1－d)

該問題屬于多分支選擇，應(yīng)用switch語句來實(shí)現(xiàn)。但switch語句要求的是常量表達(dá)式，而且要能方便與case常量比較匹配，而問題中的每個(gè)條件是一個(gè)復(fù)合關(guān)系表達(dá)式。這是求解問題的關(guān)鍵。經(jīng)分析可以發(fā)現(xiàn)，折扣率的變化點(diǎn)250、500、1000、2000、3000，都是250的倍數(shù)，因此設(shè)計(jì)一個(gè)表達(dá)式c=s/250，對(duì)計(jì)算結(jié)果取整，則可將折扣條件轉(zhuǎn)換為

s<250 c<1 無折扣

250≤s<500 1≤c<2 2%折扣

500≤s<1000 2≤c<4 5%折扣

1000≤s<2000 4≤c<8 8%折扣

2000≤s<3000 8≤c<12 10%折扣

3000≤s 12≤c 15%折扣

可以將折扣率分13種情況，分別用0～12之間的整數(shù)來表示每一種情況，即情況0(無折扣)，情況1(折扣率2%)，情況2、3(折扣率5%)，情況