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面向对象程序设计课程辅导(二)
---流程控制语句
徐孝凯

流程控制语句用来控制程序的执行流程, 它包括选择、 循环和跳转三类语句。
选择类语句包括if语句和switch语句两种, 用它们来解决实际应用中按不同情况进行不同处理的问题。如当调整职工工资时, 应按不同的级别增长不同的工资; 大学生交纳学费时, 应按不同的专业交纳不同的学费。
循环类语句包括for循环语句、 while循环语句和do循环语句三种, 用它们来解决实际应用中需要重复处理的问题。如当统计全体职工工资总和时, 就需要重复地做加法, 依次把每个人的工资累加起来; 当从一批数据中查找具有最大值的一个数据时, 需要重复地做两个数的比较运算, 每次把上一次比较得到的大者同一个新( 即未比较) 的数据比较, 当同最后一个新的数据比较后得到的大者就是全部数据中的最大值。
跳转类语句包括goto语句、 continue语句、 break语句和return语句四种, 用它们来改变顺序向下执行的正常次序, 而转向隐含或显式给出的语句位置, 接着从此位置起向下执行。如当从一批数据中查找一个与给定值相等的数据时, 最简单的方法是从前向后使每一个数据依次同给定值进行比较, 若不等则继续向下比较, 若相等则表明查找成功, 应终止比较过程, 此时就需要使用跳转语句转移到其它地方执行。
这一章将依次介绍每一种流程控制语句的语法格式、 执行过程和应用举例等内容。

一、 if语句

1. 语句格式
if语句又称条件语句, 其语句格式为:
if (<表示式>) <语句1> [else <语句2>]
if语句是一种结构性语句, 因为它又包含有语句, 即<语句1>和可选择的<语句2>, 这两条语句称为if语句的子句。
在if语句格式中, 其后的保留字else和<语句2>是任选项, 带与不带都是允许的。
if语句中的每个子句能够是任何可执行语句或空语句, 可执行语句包括表示式语句、 复合语句、 以及任一种流程控制语句等。
2. 语句执行过程
if语句的执行过程为:
(1) 求<表示式>的值, 若它的值非0, 则表明<表示式>( 又称为条件) 为真或成立, 否则认为条件为假或不成立;
(2) 当条件为真则执行<语句1>, 为假则执行<语句2>, 但若else部分被省略, 则不会执行任何操作。
执行if语句的过程可用图1-1描述, 其中菱形框表示判断, 矩形框表示处理, 带箭头的连线表示执行走向。图1-1(a)和(b)分别表示省略和带有else部分的具体执行流程。

图1-1 if语句执行流程示意图

3. 语句格式举例
(1) if(x!=-1) c++;
(2) if(x<=a) s1+=x; else s2+=x;
(3) if(fabs(x)<=1) y=1+exp(x);
else y=1+2*x;
(4) if(grade>=60 && grade<=100) cout<<”pass”<<endl;
(5) if(grade<0 || grade>100) cout<<”Score error!”<<endl;
(6) if(p && a>b) cout<<”a>b”<<endl;
else cout<<”a<=b”<<endl;
(7) if(x*x+y*y==z*z) {c++; w=x+y+z;}
(8) if(x) {y=3*x-1; z=sqrt(fabs(x))+2;} else {y=6; z=y*pow(y,4)-3;}
在以上列举的语句中, 作为判断条件的表示式有的为单个变量, 有的为关系表示式, 有的为逻辑表示式, 作为子句的语句1或语句2有的为简单语句, 有的为复合语句。每条语句的执行过程一目了然, 如执行第一条语句时, 若x不等于-1成立, 则执行c++操作, 否则不执行任何操作; 执行第二条语句时, 若x小于等于a成立, 则执行s1+=x操作, 否则执行s2+=x操作; 执行第八条语句时, 若x不为0, 则执行格式中<语句1>所对应的复合语句, 否则执行<语句2>所对应的复合语句。
4. 语句嵌套
if语句中的任何一个子句能够为任何可执行语句, 当然仍能够是一条if语句, 此种情况称为if语句的嵌套。当出现if语句嵌套时, 不论书写格式如何, else都将与它前面最靠近的if相配对, 构成一条完整的if语句。如:
(1) if(<表示式1>) if(<表示式2>) <语句1> else <语句2>
(2) if(<表示式1>) {if(<表示式2>) <语句1> <语句2>} else <语句3>
(3) if(<表示式1>) <语句1>
else if(<表示式2>) <语句2>
else <语句3>
(4) if(<表示式1>) <语句1>
else if(<表示式2>) <语句2>
else if(<表示式3>) <语句3>
else <语句4>
注意: 在第二条语句中, else不是同它前面复合语句中的if相配对, 而是与处于同一层次的最前面的if相配对。

5. 程序举例
(1) #include<iostream.h>
void main()
{
int x,y;
cout<<"从键盘输入一个整数:";
cin>>x;
if(x<0) y=1+2*x*x;
else y=7*x-4;
cout<<"x="<<x<<", "<<"y="<<y<<endl;
}
该程序的功能是: 根据从键盘上输入的x的值计算并输出y的值, y的计算公式为:
1+2x2 (x＜0)
y=
7x-4 (x≥0)

(2) #include<iomanip.h>
#include<math.h>
void main()
{
double x,y;
cin>>x;
if(x<0) y=fabs(x);
else if(x<10) y=exp(x)*sin(x);
else if(x<20) y=pow(x,3);
else y=(3+2*x)*log(x);
cout<<setw(10)<<x<<setw(10)<<y<<endl;
//分别使x和y的输出宽度为10, 即占有10个字符位置
}
该程序的功能是: 根据x的值计算出分段函数y的值, y的计算公式为:
|x| (x＜0)
y= exsinx (0≤x＜10)
x3 (10≤x＜20)
(3+2x)lnx (x≥20)

(3) #include<iostream.h>
void main()
{
int a,b,c,temp;
cout<<"输入三个整数:";
cin>>a>>b>>c;
if(a<b) {temp=a; a=b; b=temp;}
if(a<c) {temp=a; a=c; c=temp;}
if(b<c) {temp=b; b=c; c=temp;}
cout<<a<<' '<<b<<' '<<c<<endl;
}
该程序的功能是把从键盘上输入的按任意次序排列的三个整数转变为按从大到小的次序排列( 即a≥b≥c) 并输出出来。
注意: 对于每条if语句中的复合语句, 其作用是交换两个变量的值, 它首先把第一个变量的值暂存到temp变量中, 接着把第二个变量的值赋给第一个变量, 最后把temp变量的值, 即第一个变量的原值赋给第二个变量中。若不经过中间变量temp, 而是直接把第一个变量的值赋给第二个变量, 再把第二个变量的值赋给第一个变量, 则不能够达到交换两个变量值的目的, 请读者思考!

二、 switch语句

1. 语句格式
switch语句又称情况语句或开关语句, 它也是一种结构性语句, 其语句格式为:
switch (<表示式>) <语句>
该语句中所包含的<语句>一般是一条复合语句, 并在内部的一些语句前加有特殊的语句标号”case <常量表示式>:”或”default:”, 因此, switch语句的实际使用格式为:
switch(<表示式>) {
case <常量表示式1>: <语句1-1>
<语句1-2>
M
case <常量表示式2>: <语句2-1>
<语句2-2>
M
M
[default: <语句n-1>
<语句n-2>
M
]
}
该语句中能够使用一次或多次case标号, 但只能使用一次default标号, 或者省略掉整个default部分。另外, 多个case标号也允许使用在同一条语句的前面。
注意: 语句标号只起到标识语句位置的作用, 对语句的执行不会产生任何影响。
2. 语句执行过程
switch语句的执行过程为:
(1) 计算出<表示式>的值, 假定为M, 若它不是整型, 系统将自动舍去其小数部分, 只取其整数部分作为结果值;
(2) 依次计算出每个常量表示式的值, 假定它们的值依次为M1,M2,L, 同样若它们的值不是整型, 则自动转换为整型;
(3) 让M依次同M1,M2,L 进行比较, 一旦遇到M与某个值相等, 则就从对应标号的语句开始向下执行, 若碰不到跳转语句的话, 将一直执行到右花括号为止才结束整个switch语句的执行, 若M与所有值都不同, 则当带有default部分时, 就从该标号位置起向下执行, 否则不执行任何操作。

在实际使用switch语句时, 一般要求当执行完某个语句标号后的一组语句后, 就结束整个语句的执行, 而不让它继续执行下一个语句标号后面的语句序列, 为此, 可经过使用break语句来实现。该语句只有保留字break, 而没有其它任何成分。它是一条跳转语句, 在switch语句中执行到它时, 将跳转到所属的switch语句的后面位置, 系统将接着向下执行其它语句。
3. 语句格式举例
(1) switch(a) {
case 1: c1++; break;
case 2: c2++; break;
case 3: c3++; break;
case 4: c4++; break;
default 2: c++; break;
}
(2) switch(cr) {
case red: cout<<”red”<<endl; break;
case yellow: cout<<”yellow”<<endl; break;
case blue: cout<<”blue”<<endl; break;
}
(3) switch(ch) {
case ‘a’:
case ‘A’: d1=(x+y)/2;
d2=x*y-2;
break;
case ‘b’:
case ‘B’: d1=(a+b)/2;
d2=a*b-2;
break;
default: cout<<”Input error!”<<endl;
exit(1);
}
第一条语句执行时, 将按照a的取值使相应的变量增1, 具体地说, 当a取1时c1增1, a取2时c2增1, a取3时c3增1, 取4时c4增1, a取其它任何值时则使变量c增1, 每执行增1操作后, 都接着执行一条break语句, 使执行流程转出整个switch语句, 否则将会顺序执行后面的增1语句。
执行第二条语句时, 将按照具有枚举类型color的变量cr的值决定输出哪一个常量标识符, 当ch取值为red( 即0) 时输出red标识符, 取值为yellow( 即1) 时输出yellow标识符, 取值为blue( 即2) 时输出blue标识符。输出最后一个常量标识符虽然没有使用break语句转出去, 但由于它后面就是语句结束标志, 右花括号, 因此也会自然地结束该语句。
当执行第三条语句时, 若ch值为小写字母a或大写字母A, 则执行3~5行的语句, 若ch值为小写字母b或大写字母B, 则执行7~9行的语句, 若ch不是上述取值, 则执行10~11行后结束整个程序的运行。
在switch语句所含的复合语句中, 能够包含任何语句, 当然仍能够是switch语句, 因此switch语句也允许出现嵌套的情况。
4. 程序举例
(1) #include<iostream.h>
void main()
{
int weekday;
cout<<"今天星期几(0-6)?";
cin>>weekday;
switch(weekday) {
case 0: cout<<"sunday"<<endl; break;
case 1: cout<<"Monday"<<endl; break;
case 2: cout<<"Tuesday"<<endl; break;
case 3: cout<<"Wednesday"<<endl; break;
case 4: cout<<"Thursday"<<endl; break;
case 5: cout<<"Friday"<<endl; break;
case 6: cout<<"Saturday"<<endl; break;
default: cout<<"Input error!"<<endl;
}
}
该程序的功能是: 根据从键盘上输入的表示星期几的数字, 对应输出它的英文名称。
(2) #include<iostream.h>
#include<stdlib.h>
void main()
{
float score;
cout<<"输入一个人的成绩:";
cin>>score;
if(score<0 || score>100) {
cout<<"输入数据有误! "<<endl;
exit(1);
}
switch(int(score)/10) {
case 9:
case 10: cout<<score<<":优"<<endl; break;
case 8: cout<<score<<":良"<<endl; break;
case 7: cout<<score<<":中"<<endl; break;
case 6: cout<<score<<":及格"<<endl; break;
default: cout<<score<<":不及格"<<endl; break;
}
}
该程序的功能是: 根据从键盘上输入的一个人的成绩判断并输出它所属的等级。等级分为优、 良、 中、 及格和不及格等五个级别, 对应的分数段依次为[90,100], [80,89], [70,79], [60,69]和[0, 59]。
(3) #include<iostream.h>
#include<stdlib.h>
#include<time.h>
void main()
{
char mark;
int x,y,z;
bool b=false;
srand(time(0)); //初始化系统中的随机数序列
x=rand()%50+1;
y=rand()%10+1;
cout<<"输入一个算术运算符(+,-,*,/,%):";
cin>>mark;
cout<<x<<mark<<y<<'=';
cin>>z;
switch(mark) {
case '+': if(z==x+y) b=true; break;
case '-': if(z==x-y) b=true; break;
case '*': if(z==x*y) b=true; break;
case '/': if(z==x/y) b=true; break;
case '%': if(z==x%y) b=true; break;
default: cout<<"运算符输入错! "<<endl;
exit(1);
}
if(b) cout<<"right!"<<endl;
else cout<<"error!"<<endl;
}
该程序的功能是: 首先让计算机产生出两个随机整数x和y, x在1~50以内, y在1~10以内; 接着由用户输入一个运算符, 再由用户输入对x和y的运算结果; 然后判断用户的计算是否正确, 若正确则置b为true, 即1, 否则保持原值0不变; 程序最后输出相应的信息表示计算正确或错误。

三、 for语句

1. 语句格式
for语句又称for循环, 它也是一种结构性语句, 其语句格式为:
for(<表示式1>;<表示式2>;<表示式>) <语句>
其中<语句>是for语句的循环体, 它将按条件被重复执行多次; <表示式1>, <表示式2>和<表示式>都能够被省略, 但它们之间的分隔符( 即分号) 必须保留; 另外, <表示式1>除了能够是一个表示式外, 还能够兼有对变量进行定义的功能, 此变量在离开此循环后依然能够使用。如i=1和int i=1都能够作为<表示式1>使用, 当使用i=1时, i必须被定义过, 当使用int i=1时, i在此之前必须没有定义, 此表示式同时具有定义变量i和给它赋初值这两种功能。
2. 语句执行过程
for语句的执行过程为:
(1) 计算<表示式1>, 当然若此项被省略则无须计算;
(2) 计算<表示式2>得到一个值, 假定为M, 若该表示式被省略则当作数值1看待;
(3) 若M为非0, 则执行一遍循环体, 否则结束整个for语句的执行;
(4) 计算<表示式3>, 当然若此项被省略则无须计算;
(5) 自动转向第(2)执行。
3. 语句格式举例
(1) for(i=1; i<10; i++) cout<<i<<' ';
(2) for(int i=1; i++<=1000;);
(3) for(int i=0,j=0; i+j<20 ;i++,j+=2) x=i*i+j*j;
(4) for(;;) {i++; if(i>100) break;}
(5) for(i=0,y=0; i<n; i++) {
cin>>x;
y+=x;
}
(6) for(int k=2; k<sqrt(m); k++)
if(m%k==0) break;
(7) for(;b;a=b,b=r) r=a%b;
(8) for(k=20; k!=0; k--) {
a=rand()%100;
cout<<a<<' ';
if(a%2) c1++; else c2++;
}
上述第(1)条语句使循环体重复执行9次, 每次输出i的当前值和一个空格。
第(2)条语句省略了<表示式3>, 而且循环体是一条空语句, 该循环体被重复执行1000次, 同时进行1000次i++<=1000表示式的计算。
第(3)条语句中的<表示式1>分别给i和j赋初值为0, 并对它们进行变量说明, <表示式2>和<表示式3>分别为关系表示式和逗号表示式, 循环体是一条赋值语句。
第(4)条语句中省略了全部三个表示式, 循环体是一条复合语句。
第(5)条语句中的<表示式1>为逗号表示式, 循环体是一条复合语句, 该循环语句完成从键盘上输入n个常数, 并把它们依次累加到y上的任务。
第(6)条语句中的循环体是一条条件语句, 它将被重复执行, 直到k<sqrt(m)不成立时为止。
第(7)条语句中省略了<表示式1>, <表示式2>为一个简单变量b, <表示式3>是一个逗号表示式, 循环体是一条赋值语句。
第(8)条语句的循环体将被循环执行20次, 每次首先得到0~99之间的一个随机数a并输出它, 接着若a为奇数就使c1增1, 否则使c2增1。该循环的功能是得到并输出0~99之间的20个随机数, 并分别统计出奇数和偶数的个数。
在for循环的循环体中允许使用break语句, 其作用是: 当执行到该语句时, 就使执行流程转出所属的for循环语句, 然后再向下顺序执行。
4. 语句嵌套
for循环体能够为任何可执行语句, 当然也能够直接为一条for语句, 或者在作为循环体的复合语句内使用for语句, 而且嵌套的层数不受限制。如:
(1) for(i=1; i<=5; i++)
for(j=1; j<=6; j++) s+=i*j;
(2) for(i=1; i<=5; i++) {
for(j=1; j<=i; j++) cout<<'*';
cout<<endl;
}
(3) for(i=0; i<m; i++)
for(j=0; j<n; j++)
if(aa[i][j]>max) {
max=aa[i][j];
row=i; col=j;
}
以上每一条语句都是for双重循环语句, 处于外面的称为外循环, 内部的称为内循环。如对于第(1)条语句, 外循环控制循环体( 即内循环) 执行5次, 每次执行内循环时又控制内循环体执行6次, 因此内循环共被执行5*6=30次。同理, 第(2)条语句的内循环体( 即cout<<’*’;语句) 共被执行1+2+3+4+5=15次, 第(3)条语句的内循环体( 即if语句) 共被执行m*n次。

5. 程序举例
(1) #include<iomanip.h>
void main()
{
double x,y;
cout<<"从键盘上同一行输入6个常数:";
for(int i=0;i<6;i++) {
cin>>x;
y=4*x*x-2*x+5;
cout<<"x="<<setw(5)<<x;
cout<<setw(10)<<"y="<<setw(5)<<y<<endl;
}
}
在这个程序的主函数中, 第一行定义了两个双精度变量x和y, 第二行给出提示信息, 要求用户从键盘上输入6个常数后回车, 第三行至第八行为一条for循环语句, 其循环体是一条复合语句, 将被重复执行6次, 对应控制循环的变量i的取值依次为0,1,2,3,4和5, 每次循环首先从键盘缓冲区读入一个常数并赋给x, 接着计算出y的值, 然后按一定格式输出x和y的值。若程序运行后, 从键盘上输入的6个常数为2,5,10,3.6,8.25,24.66, 则得到的输出结果为:
从键盘上同一行输入6个常数:2 5 10 3.6 8.25 24.66
x= 2 y= 17
x= 5 y= 95
x= 10 y= 385
x= 3.6 y=49.64
x= 8.25 y=260.75
x=24.66 y=2388.14

(2) #include<iostream.h>
void main()
{
int i,n; double p=1;
cout<<"输入一个正整数, 求其阶乘:";
cin>>n;
for(i=1;i<=n;i++) p*=i;
cout<<n<<"!="<<p<<endl;
}
在这个程序中定义了三个变量, 用i作为控制循环的变量, 简称循环变量, 用n保存从键盘输入的一个正整数, 用p计算和保存n的阶乘值, p的初值为1, 每次进行循环计算时都使p累乘循环变量i的值, 循环结束后p的值就是n的阶乘值。假定程序运行时输入的n值为10, 则运行结果为:
输入一个正整数, 求其阶乘:10
10!=3.6288e+006

(3) #include<iostream.h>
#include<stdlib.h>
void main()
{
int n,x,max,min;
cout<<"输入待处理数据的个数: ";
cin>>n;
if(n<=0) {cout<<"n<=0!"<<endl; exit(1);}
cout<<"输入"<<n<<"个待处理的数据:";
cin>>x; max=min=x;
for(;--n;) {
cin>>x;
if(x>max) max=x;
if(x<min) min=x;
}
cout<<"max:"<<max<<endl;
cout<<"min:"<<min<<endl;
}
在程序的主函数中, 第一行同时定义了四个整型变量n,x,max和min, 用它们分别保存待处理数据的个数、 当前被处理的一个数据、 已处理数据中的最大值和已处理数据中的最小值。第二行和第三行用来从键盘上给n输入一个整数。第四行用来处理数据个数n小于等于0的不正常情况。第五行给出请用户输入n的数据的提示信息。第六行用来从键盘缓冲区读入第一个被处理数据并用它作为max和min这两个变量的初值。第7至11行为一个for循环, 循环体共需执行n-1次, 每次首先从键盘缓冲区读入一个数据到x中, 接着分别同当前最大值max和当前最小值min相比较, 若x较大则用它修改max的值, 若x较小则用它修改min的值, 使max和min始终保持已处理数据中的最大值和最小值, 当此循环结束后, max和min中就分别存有n个数据中的最大值和最小值。最后两行语句输出所求得的最大值和最小值。
假定需处理6个数据, 这6个数据为: 48, 62, 30, 24, 55, 36, 则程序运行结果为:
输入待处理数据的个数: 6
输入6个待处理的数据:48 62 30 24 55 36
max:62
min:24

(4) #include<iostream.h>
void main()
{
for(int a=0,b=1; b<100;) {
cout<<a<<' '<<b<<' ';
a=a+b;
b=a+b;
}
cout<<endl;
cout<<a<<' '<<b<<' '<<endl;
}
该程序的主函数中包含有一个for循环, <表示式1>分别给变量a赋初值为0和给变量b赋初值为1, 由于这两个变量在此之前没有被定义, 因此在此使用时必须定义, <表示式2>是一个关系表示式b<100, <表示式3>被省略, 循环体中首先输出a和b的值, 接着根据a和b的当前值求出a的新值, 再利用a和b的当前值求出b的新值, 然后判断b<100是否成立, 若是则执行下一次循环, 否则结束循环, 转去执行后面的输出语句。该程序的运行结果为:
0 1 1 2 3 5 8 13 21 34 55 89
144 233
该程序的功能是输出一个数列的前若干项, 其中第一项为0, 第二项为1, 以后每一项等于其前两项之和。如第10项为34, 它等于第8项13和第9项34之和。
(5) #include<iostream.h>
const int M=4, N=5;
void main()
{
int i,j,s=0;
for(i=1;i<=M;i++)
for(j=1;j<=N;j++)
s+=i*j;
cout<<s<<endl;
}
主函数中使用了一个双重for循环, 外循环变量i初值为1, 终值为整数常量M, 每执行一次外循环体( 即内循环) 后其值增加1, 内循环变量初值为1, 终值为整数常量N, 每执行一次内循环体( 即s+=i*j;语句) 后其值也增加1, 内循环体共需执行M´N次。该程序的功能是计算的值。程序运行结果为150。
6. 应用举例
例1. 编一程序计算1+22+42+62+L+502的值。
分析: 此题所给的计算公式是一个和式, 它除第一项外, 其余项为从2至50的每一个偶数的平方, 因此可采用循环累加的方法来计算, 即依次把每个数据项( 在此为偶数的平方) 累加到一个变量中。设循环变量为i, 它的初值、 终值和步长( 即每次循环后循环变量的增加值) 应分别为2、 50和2, 设用于累加的变量为s, 它的初值应为和式中的第一项1, 因为它不能够经过有规律的循环累加到s上。在循环体中经过赋值语句每次把i的平方值累加到s上, 当循环结束后, s的值就是所求的结果。根据分析编写出程序如下:
#include<iostream.h>
void main()
{
int i,s=1;
for(i=2;i<=50;i+=2) s+=i*i;
cout<<"s="<<s<<endl;
}
例2. 编一程序计算的值, 其中x值由键盘输入。
分析: 此题是一个累加求和问题, 适合使用for循环来实现。设循环变量为和式中的i, 它从1取值到10, 每次增长1, 每次计算出一个数据项并把它累加起来。为了计算一个数据项中的xi和i!, 还需要