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第5章 分支结构程序

5.1 关系运算符和表达式

在程序中经常需要比较两个量的大小关系,以决定程序下一步的工作。比较两个量的运算符称为关系运算符。

5.1.1 关系运算符及其优先次序

在C语言中有以下关系运算符:

  • < 小于
  • <= 小于或等于
  • > 大于
  • >= 大于或等于
  • == 等于
  • != 不等于

关系运算符都是双目运算符,其结合性均为左结合。关系运算符的优先级低于算术运算符,高于赋值运算符。 在六个关系运算符中,<,<=,>,>=的优先级相同,高于==和!=,==和!=的优先级相同。

5.1.2 关系表达式

关系表达式的一般形式为:

表达式 关系运算符 表达式

例如:

a+b>c-d
x>3/2
‘a’+1<c
-i-5*j==k+1

都是合法的关系表达式。由于表达式也可以又是关系表达式。 因此也允许出现嵌套的情况。例如:

a>(b>c)
a!=(c==d)

等。

关系表达式的值是真”和“假”,用“1”和“0”表示。

如:

5>0的值为“真”,即为1。

(a=3)>(b=5)由于3>5不成立,故其值为假,即为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);
}

在本例中求出了各种关系运算符的值。字符变量是以它对应的ASCII码参与运算的。对于含多个关系运算符的表达式,如k==j==i+5,根据运算符的左结合性,先计算k==j,该式不成立,其值为0,再计算0==i+5,也不成立,故表达式值为0。

5.2 逻辑运算符和表达式

5.2.1 逻辑运算符极其优先次序

C语言中提供了三种逻辑运算符:

  • && 与运算
  • || 或运算
  • ! 非运算

与运算符&&和或运算符||均为双目运算符。具有左结合性。非运算符!为单目运算符,具有右结合性。逻辑运算符和其它运算符优先级的关系可表示如下:

!(非)→&&(与)→||(或)

20150411214654 第1张

“&&”和“||”低于关系运算符,“!”高于算术运算符。

按照运算符的优先顺序可以得出:

a>b && c>d 等价于 (a>b)&&(c>d)
!b==c||d<a 等价于 ((!b)==c)||(d<a)
a+b>c&&x+y<b 等价于 ((a+b)>c)&&((x+y)<b)

5.2.2 逻辑运算的值

逻辑运算的值也为“真”和“假”两种,用“1”和“0 ”来表示。其求值规则如下:

  1. 与运算 &&:参与运算的两个量都为真时,结果才为真,否则为假。

例如:

5>0 && 4>2

由于5>0为真,4>2也为真,相与的结果也为真。

  1. 或运算||:参与运算的两个量只要有一个为真,结果就为真。 两个量都为假时,结果为假。

例如:

5>0||5>8

由于5>0为真,相或的结果也就为真。

  1. 非运算!:参与运算量为真时,结果为假;参与运算量为假时,结果为真。

例如:

!(5>0)

的结果为假。

虽然C编译在给出逻辑运算值时,以“1”代表“真”,“0 ”代表“假”。 但反过来在判断一个量是为“真”还是为“假”时,以“0”代表“假”,以非“0”的数值作为“真”。例如:

由于5和3均为非“0”因此5&&3的值为“真”,即为1。

又如:

5||0的值为“真”,即为1。

5.2.3 逻辑表达式

逻辑表达式的一般形式为:

表达式 逻辑运算符 表达式

其中的表达式可以又是逻辑表达式,从而组成了嵌套的情形。

例如:

(a&&b)&&c

根据逻辑运算符的左结合性,上式也可写为:

a&&b&&c

逻辑表达式的值是式中各种逻辑运算的最后值,以“1”和“0”分别代表“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分别为0,!x*!y也为0,故其输出值为0。由于x为非0,故!!!x的逻辑值为0。对x|| i && j-3式,先计算j-3的值为非0,再求i && j-3的逻辑值为1,故x||i&&j-3的逻辑值为 1。对i<j&&x<y式,由于i<j的值为1,而x<y为0故表达式的值为1,0相与,最后为0,对i==5&&c&&(j=8)式,由于i==5为假,即值为0,该表达式由两个与运算组成,所以整个表达式的值为0。对于式x+ y||i+j+k由于x+y的值为非0,故整个或表达式的值为1。

5.3 if语句

用if语句可以构成分支结构。它根据给定的条件进行判断,以决定执行某个分支程序段。C语言的if语句有三种基本形式。

5.3.1 if语句的三种形式

  1. 第一种形式为基本形式:if

if(表达式) 语句

其语义是:如果表达式的值为真,则执行其后的语句, 否则不执行该语句。其过程可表示为下图。

20150411214743 第2张

【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);
}

本例程序中,输入两个数a,b。把a先赋予变量max,再用if语句判别max和b的大小,如max小于b,则把b赋予max。因此max中总是大数,最后输出max的值。

  1. 第二种形式为: if-else

if(表达式)
语句1;
else
语句2;

其语义是:如果表达式的值为真,则执行语句1,否则执行语句2 。

其执行过程可表示为下图。

20150411214832 第3张

【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);
}

输入两个整数,输出其中的大数。

改用if-else语句判别a,b的大小,若a大,则输出a,否则输出b。

  1. 第三种形式为if-else-if形式

前二种形式的if语句一般都用于两个分支的情况。 当有多个分支选择时,可采用if-else-if语句,其一般形式为:

if(表达式1)
语句1;
else if(表达式2)
语句2;
else if(表达式3)
语句3;

else if(表达式m)
语句m;
else
语句n;

其语义是:依次判断表达式的值,当出现某个值为真时,则执行其对应的语句。然后跳到整个if语句之外继续执行程序。 如果所有的表达式均为假,则执行语句n。然后继续执行后续程序。 if-else-if语句的执行过程如图3—3所示。

20150411214929 第4张

【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");
}

本例要求判别键盘输入字符的类别。可以根据输入字符的ASCII码来判别类型。由ASCII码表可知ASCII值小于32的为控制字符。 在“0”和“9”之间的为数字,在“A”和“Z”之间为大写字母, 在“a”和“z”之间为小写字母,其余则为其它字符。 这是一个多分

支选择的问题,用if-else-if语句编程,判断输入字符ASCII码所在的范围,分别给出不同的输出。例如输入为“g”,输出显示它为小写字符。

  1. 在使用if语句中还应注意以下问题:
  • 在三种形式的if语句中,在if关键字之后均为表达式。 该表达式通常是逻辑表达式或关系表达式, 但也可以是其它表达式,如赋值表达式等,甚至也可以是一个变量。

例如:

if(a=5) 语句;
if(b) 语句;

都是允许的。只要表达式的值为非0,即为“真”。

如在:

if(a=5)…;

中表达式的值永远为非0,所以其后的语句总是要执行的,当然这种情况在程序中不一定会出现,但在语法上是合法的。

又如,有程序段:

if(a=b)
printf("%d",a);
else
printf("a=0");

本语句的语义是,把b值赋予a,如为非0则输出该值,否则输出“a=0”字符串。这种用法在程序中是经常出现的。

  • 在if语句中,条件判断表达式必须用括号括起来,在语句之后必须加分号。
  • 在if语句的三种形式中,所有的语句应为单个语句,如果要想在满足条件时执行一组(多个)语句,则必须把这一组语句用{}括起来组成一个复合语句。但要注意的是在}之后不能再加分号。

例如:

if(a>b)
{a++;
b++;}
else
{a=0;
b=10;}

5.3.2 if语句的嵌套

当if语句中的执行语句又是if语句时,则构成了if 语句嵌套的情形。

其一般形式可表示如下:

if(表达式)
if语句;

或者为

if(表达式)
if语句;
else
if语句;

在嵌套内的if语句可能又是if-else型的,这将会出现多个if和多个else重叠的情况,这时要特别注意if和else的配对问题。

例如:

if(表达式1)
if(表达式2)
语句1;
else
语句2;

其中的else究竟是与哪一个if配对呢?

应该理解为:

if(表达式1)
if(表达式2)
语句1;
else
语句2;

还是应理解为:

if(表达式1)
if(表达式2)
语句1;
else
语句2;

为了避免这种二义性,C语言规定,else 总是与它前面最近的if配对,因此对上述例子应按前一种情况理解。

【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");
}

比较两个数的大小关系。

本例中用了if语句的嵌套结构。采用嵌套结构实质上是为了进行多分支选择,实际上有三种选择即A>B、A<B或A=B。这种问题用if-else-if语句也可以完成。而且程序更加清晰。因此,在一般情况下较少使用if语句的嵌套结构。以使程序更便于阅读理解。

【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 条件运算符和条件表达式

如果在条件语句中,只执行单个的赋值语句时, 常可使用条件表达式来实现。不但使程序简洁,也提高了运行效率。

条件运算符为?和:,它是一个三目运算符,即有三个参与运算的量。

由条件运算符组成条件表达式的一般形式为:

表达式1? 表达式2: 表达式3

其求值规则为:如果表达式1的值为真,则以表达式2 的值作为条件表达式的值,否则以表达式2的值作为整个条件表达式的值。

条件表达式通常用于赋值语句之中。

例如条件语句:

if(a>b) max=a;
else max=b;

可用条件表达式写为

max=(a>b)?a:b;

执行该语句的语义是:如a>b为真,则把a赋予max,否则把b 赋予max。

使用条件表达式时,还应注意以下几点:

  • 条件运算符的运算优先级低于关系运算符和算术运算符,但高于赋值符。

因此

max=(a>b)?a:b

可以去掉括号而写为

max=a>b?a:b

  • 条件运算符?和:是一对运算符,不能分开单独使用。
  • 条件运算符的结合方向是自右至左。

例如:

a>b?a:c>d?c:d

应理解为

a>b?a:(c>d?c:d)

这也就是条件表达式嵌套的情形,即其中的表达式3又是一个条件表达式。

【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);
}

用条件表达式对上例重新编程,输出两个数中的大数。

5.4 switch语句

C语言还提供了另一种用于多分支选择的switch语句, 其一般形式为:

switch(表达式){
case常量表达式1: 语句1;
case常量表达式2: 语句2;

case常量表达式n: 语句n;
default : 语句n+1;
}

其语义是:计算表达式的值。 并逐个与其后的常量表达式值相比较,当表达式的值与某个常量表达式的值相等时, 即执行其后的语句,然后不再进行判断,继续执行后面所有case后的语句。如表达式的值与所有case后的常量表达式均不相同时,则执行default后

的语句。

【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");
}
}

本程序是要求输入一个数字,输出一个英文单词。但是当输入3之后,却执行了case3以及以后的所有语句,输出了Wednesday 及以后的所有单词。这当然是不希望的。为什么会出现这种情况呢?这恰恰反应了switch语句的一个特点。在switch语句中,“case 常量表达式”只相当于一个语句标号, 表达式的值和某标号相等则转向该标号执行,但不能在执行完该标号的语句后自动跳出整个switch 语句,所以出现了继续执行所有后面case语句的情况。 这是与前面介绍的if语句完全不同的,应特别注意。为了避免上述情况,C语言还提供了一种break语句,专用于跳出switch语句,break 语句只有关键字break,没有参数。在后面还将详细介绍。修改例题的程序,在每一case语句之后增加break 语句, 使每一次执行之后均可跳出switch语句,从而避免输出不应有的结果。

【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语句时还应注意以下几点:

  • 在case后的各常量表达式的值不能相同,否则会出现错误。
  • 在case后,允许有多个语句,可以不用{}括起来。
  • 各case和default子句的先后顺序可以变动,而不会影响程序执行结果。
  • default子句可以省略不用。

5.5 程序举例

【例4.11】输入三个整数,输出最大数和最小数。

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);
}

本程序中,首先比较输入的a,b的大小,并把大数装入max,小数装入min中,然后再与c比较,若max小于c,则把c赋予max;如果c小于min,则把c赋予min。因此max内总是最大数,而min内总是最小数。最后输出max和min的值即可。

【例4.12】计算器程序。用户输入运算数和四则运算符,输出计算结果。

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");
}
}

本例可用于四则运算求值。switch语句用于判断运算符,然后输出运算值。当输入运算符不是+,-,*,/时给出错误提示。

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