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第4章    选择结构程序设计

要设计选择结构程序,要考虑两个方面的问题：一是在C语言中如何来表示条件,二是在C语言中实现选择结构用什么语句.

在C语言中表示条件,一般用关系表达式或逻辑表达式,实现选择结构用if语句或switch语句.

4.1   关系运算及其表达式

所谓“关系运算”实际上就是“比较运算”,即将两个数据进行比较,判定两个数据是否符合给定的关系.

 例如,“a > b”中的“>”表示一个大于关系运算.如果a的值是5,b的值是3,则大于关系运算“>”的结果为“真”,即条件成立；如果a的值是2,b的值是3,则大于关系运算“>”的结果为“假”,即条件不成立.


      4.1.1  关系运算符及其优先次序

1．关系运算符

C语言提供6种关系运算符：

<(小于),                <=(小于或等于),   >(大于), 

>=(大于或等于),  ==(等于),              !=(不等于)

注意：在Ｃ语言中,“等于”关系运算符是双等号“= =”,而不是单等号“= ”(赋值运算符).

     2．优先级

   (1)在关系运算符中,前4个优先级相同,后2个也相同,且前4个高于后2个.

   (2)与其它种类运算符的优先级关系

    关系运算符的优先级,低于算术运算符,但高于赋值运算符.

    4.1.2  关系表达式

     1．关系表达式的概念

    所谓关系表达式是指,用关系运算符将两个表达式连接起来,进行关系运算的式子.

    例如,下面的关系表达式都是合法的：

    a>b,a+b>c-d,(a=3)<=(b=5),'a'>='b',(a>b)= =(b>c)

    2．关系表达式的值--逻辑值(非“真”即“假”).

   由于Ｃ语言没有逻辑型数据,所以用整数“１”表示“逻辑真”,用整数“０”表示“逻辑假”.

   例如,假设num1=3,num2=4,num3=5,则：

  (1)num1>num2的值=0.

 (2)(num1>num2)!=num3的值=1.

 (3)num1<num2<num3的值=1.

   思考题：任意改变num1或num2的值,会影响整个表达式的值吗？为什么？

 (4)(num1<num2)+num3的值=6,因为num1<num2的值=1,1+5=6.

   再次强调：C语言用整数“1”表示“逻辑真”,用整数“0”表示“逻辑假”.所以,关系表达式的值,还可以参与其它种类的运算,例如算术运算、逻辑运算等.

4.2   逻辑运算及其表达式

关系表达式只能描述单一条件,例如“x>=0”.如果需要描述“x>=0”、同时“x<10”,就要借助于逻辑表达式了.
       

4.2.1  逻辑运算及其优先次序

１．逻辑运算符及其运算规则

(1)C语言提供三种逻辑运算符：

&&  逻辑与(相当于“同时”)

||             逻辑或(相当于“或者”)

!             逻辑非(相当于“否定”)

例如,下面的表达式都是逻辑表达式：

(x>=0) && (x<10) ,(x<1) || (x>5)  ,! (x= =0),    

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

(2)运算规则

 1)&&：当且仅当两个运算量的值都为“真”时,运算结果为“真”,否则为“假”.

 2) || ：当且仅当两个运算量的值都为“假”时,运算结果为“假”,否则为“真”.

 3) !  ：当运算量的值为“真”时,运算结果为“假”；当运算量的值为“假”时,运算结果为“真”.

例如,假定x=5,则(x>=0) && (x<10)的值为“真”,(x<-1) || (x>5)的值为“假”.

    2．逻辑运算符的运算优先级

  (1)逻辑非的优先级最高,逻辑与次之,逻辑或最低,即：

！(非)  →  &&(与) → ||(或)

  (2)与其它种类运算符的优先关系

  ！→ 算术运算 → 关系运算 → &&→ || → 赋值运算

    4.2.2  逻辑表达式

     1．逻辑表达式的概念

    所谓逻辑表达式是指,用逻辑运算符将1个或多个表达式连接起来,进行逻辑运算的式子.在C语言中,用逻辑表达式表示多个条件的组合.

    例如,(year%4==0)&&(year%100!=0)||(year%400==0)就是一个判断一个年份是否是闰年的逻辑表达式.

   逻辑表达式的值也是一个逻辑值(非“真”即“假”).

   2．逻辑量的真假判定──０和非０

  Ｃ语言用整数“１”表示“逻辑真”、用“０”表示“逻辑假”.但在判断一个数据的“真”或“假”时,却以０和非０为根据：如果为０,则判定为“逻辑假”；如果为非０,则判定为“逻辑真”.

   例如,假设num=12,则：  ！num的值=０ ,num>=1 ＆＆ num<=31的值=１ ,num || num>31的值=1.

    3．说明

  (1)逻辑运算符两侧的操作数,除可以是０和非０的整数外,也可以是其它任何类型的数据,如实型、字符型等.

(2)在计算逻辑表达式时,只有在必须执行下一个表达式才能求解时,才求解该表达式(即并不是所有的表达式都被求解).换句话说：

   1)对于逻辑与运算,如果第一个操作数被判定为“假”,系统不再判定或求解第二操作数.

   2)对于逻辑或运算,如果第一个操作数被判定为“真”,系统不再判定或求解第二操作数.

   例如,假设n1、n2、n3、n4、x、y的值分别为1、2、3、4、1、1,则求解表达式“(x=n1>n2)&&(y=n3>n4)”后,x的值变为０,而y的值不变,仍等于1！

4.3   if语句和条件运算符

4.3.1  if语句

[案例4.1] 输入任意三个整数num1、num2、num3,求三个数中的最大值.
/*案例代码文件名：AL4_1.C.*/
/*功能：说明if 语句的格式.*/
 main()
{int num1,num2,num3,max;
  printf("Please input three numbers:");
  scanf("%d,%d,%d",&num1,&num2,&num3);
  if (num1>num2) 
       max=num1;
  else 
       max=num2;
  if (num3>max) 
       max=num3;
  printf("The three numbers are:%d,%d,%d\n",num1,num2,num3);
  printf("max=%d\n",max);
}
                                                        [程序演示]

程序运行情况如下：
       Please input three numbers:11,22,18↙

The three numbers are:11,22,18

max=22

本案例中的第1个if语句,可优化为如下不带else子句的形式：

max=num1;

if(num2>max) max=num2;

这种优化形式的基本思想是：首先取一个数预置为max(最大值),然后再用max依次与其余的数逐个比较,如果发现有比max大的,就用它给max重新赋值,比较完所有的数后,max中的数就是最大值.这种方法,对从3个或3个以上的数中找最大值的处理,非常有效.请读者仔细体会.

    [案例4.2]输入任意三个数num1、num2、num3,按从小到大的顺序排序输出.

/*案例代码文件名：AL4_2.C.*/

 main()

{int num1,num2,num3,temp;

  printf("Please input three numbers:");

  scanf("%d,%d,%d",&num1,&num2,&num3);

  if (num1>num2) {temp=num1;num1=num2;num2=temp;}

  if (num2>num3) {temp=num2;num2=num3;num3=temp;}

  if (num1>num2) {temp=num1;num1=num2;num2=temp;}

  printf("Three numbers after sorted: %d,%d,%d\n",num1,num2,num3);

}                                                      [程序演示]

程序运行情况如下：

Please input three numbers:11,22,18↙

Three numbers after sorted: 11,18,22

1．if语句的一般格式

  if(表达式) 

           {语句组1;}

  else

           {语句组2;} ]

(1)if语句中的“表达式”必须用“(”和“)”括起来.

(2)else子句(可选)是if语句的一部分,必须与if配对使用,不能单独使用.

(3)当if和else下面的语句组,仅由一条语句构成时,也可不使用复合语句形式(即去掉花括号).

 2．if语句的执行过程

(1)缺省else子句时

  当“表达式”的值不等于0(即判定为“逻辑真”)时,则执行语句组1,否则直接转向执行下一条.如图4-1(a)所示.

(2)指定else子句时

当“表达式”的值不等于0(即判定为“逻辑真”)时,则执行语句组1,然后转向下一条语句；否则,执行语句组2.如图4-1(b)所示.

3．if语句的嵌套与嵌套匹配原则

 if语句允许嵌套.所谓if语句的嵌套是指,在“语句组1”或(和)“语句组2”中,又包含有if语句的情况.

 if语句嵌套时,else子句与if的匹配原则：与在它上面、距它最近、且尚未匹配的if配对.

为明确匹配关系,避免匹配错误,强烈建议：将内嵌的if语句,一律用花括号括起来.

[案例4.3] 写一程序,从键盘上输入1年份year(4位十进制数),判断其是否闰年.闰年的条件是：能被4整除、但不能被100整除,或者能被400整除.

算法设计要点：

(1)如果Ｘ能被Ｙ整除,则余数为０,即如果Ｘ％Ｙ的值等于０,则表示Ｘ能被Ｙ整除！

(2)首先将是否闰年的标志leap预置为0(非闰年),这样仅当year为闰年时将leap置为1即可.这种处理两种状态值的方法,对优化算法和提高程序可读性非常有效,请读者仔细体会.参考程序如下：

/*案例代码文件名：AL4_3.C.*/

/*功能：说明if语句的嵌套格式和用法.*/

main()

{int year,leap=0;           /* leap=0：预置为非闰年*/

  printf("Please input the year:");

  scanf("%d",&year);

  if (year % 4==0)      {if (year % 100 != 0) leap=1;}

  else      {if (year%400==0) leap=1; }

  if (leap)   printf("%d is a leap year.\n",year);

  else   printf("%d is not a leap year.\n",year);

}                                                      [程序演示]

利用逻辑运算能描述复杂条件的特点,可将上述程序优化如下：

main()

{int year;

  printf("Please input the year:");

  scanf("%d",&year);

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

    printf("%d is a leap year.\n",year);

  else

    printf("%d is not a leap year.\n",year);

}

    4．说明

  (1)if后面的“表达式”,除常见的关系表达式或逻辑表达式外,也允许是其它类型的数据,如整型、实型、字符型等.

  (2)if语句允许嵌套,但嵌套的层数不宜太多.在实际编程时,应适当控制嵌套层数(2～3层).

  (3)“语句组1”和“语句组2”,可以只包含一个简单语句,也可以是复合语句.

务必牢记：不管是简单语句,还是复合语句中的各个语句,每个语句后面的分号必不可少！