cplus:第三章控制结构
第三章 控制结构
本章将详细介绍C++中的控制结构，包括条件语句、循环语句、跳转语句和switch语句，这些是控制程序流程的基本工具。
3.1 条件语句
3.1.1 if语句
if语句是C++中最基本的条件控制结构。
#include <iostream> using namespace std; int main() { int score = 85; // 简单if语句 if (score >= 60) { cout << "Passed" << endl; } // if-else语句 if (score >= 60) { cout << "Passed" << endl; } else { cout << "Failed" << endl; } // if-else if-else链 if (score >= 90) { cout << "Grade: A" << endl; } else if (score >= 80) { cout << "Grade: B" << endl; } else if (score >= 70) { cout << "Grade: C" << endl; } else if (score >= 60) { cout << "Grade: D" << endl; } else { cout << "Grade: F" << endl; } return 0; }
3.1.2 嵌套if语句
#include <iostream> using namespace std; int main() { int age = 25; bool hasLicense = true; // 嵌套if if (age >= 18) { if (hasLicense) { cout << "You can drive" << endl; } else { cout << "You need a license" << endl; } } else { cout << "You are too young to drive" << endl; } // 使用逻辑运算符简化 if (age >= 18 && hasLicense) { cout << "You can drive" << endl; } // 悬空else问题 int x = 5, y = 10; if (x > 0) if (y > 0) cout << "Both positive" << endl; else // 这个else匹配内层的if cout << "y not positive" << endl; // 使用花括号避免歧义 if (x > 0) { if (y > 0) { cout << "Both positive" << endl; } } else { cout << "x not positive" << endl; } return 0; }
3.1.3 if语句的注意事项
#include <iostream> using namespace std; int main() { int* ptr = nullptr; // 常见错误：赋值而不是比较 int x = 5; if (x = 10) { // 警告：赋值操作，x变为10，条件为真 cout << "This will always print" << endl; } // 安全做法：常量在前 if (10 == x) { // 如果写成 = 会编译错误 cout << "x is 10" << endl; } // 检查空指针 if (ptr) { // 等价于 ptr != nullptr cout << "Pointer is valid" << endl; } // C++17 if with initializer if (int value = someFunction(); value > 0) { cout << "Positive: " << value << endl; } // value在这里超出作用域 return 0; }
3.2 switch语句
3.2.1 基本语法
#include <iostream> using namespace std; int main() { int day = 3; switch (day) { 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: case 7: cout << "Weekend" << endl; break; default: cout << "Invalid day" << endl; break; } return 0; }
3.2.2 switch的注意事项
#include <iostream> using namespace std; int main() { // switch表达式必须是整数类型 // char、short、int、long、enum都可以 char grade = 'B'; switch (grade) { case 'A': cout << "Excellent" << endl; break; case 'B': cout << "Good" << endl; // 注意：这里没有break，会fall-through到case 'C' case 'C': cout << "Average" << endl; break; case 'D': cout << "Poor" << endl; break; case 'F': cout << "Fail" << endl; break; default: cout << "Invalid grade" << endl; } // C++17 [[fallthrough]] 属性 int x = 1; switch (x) { case 1: cout << "One" << endl; [[fallthrough]]; // 明确表示故意fall-through case 2: cout << "Two" << endl; break; } // 不能使用字符串 // string name = "hello"; // switch (name) { } // 错误！ return 0; }
3.2.3 枚举与switch
#include <iostream> using namespace std; enum class Color { Red, Green, Blue }; enum Direction { North, South, East, West }; int main() { Direction dir = East; switch (dir) { case North: cout << "Going North" << endl; break; case South: cout << "Going South" << endl; break; case East: cout << "Going East" << endl; break; case West: cout << "Going West" << endl; break; } // C++11强类型枚举 Color c = Color::Red; switch (c) { case Color::Red: cout << "Red" << endl; break; case Color::Green: cout << "Green" << endl; break; case Color::Blue: cout << "Blue" << endl; break; } return 0; }
3.3 循环语句
3.3.1 while循环
#include <iostream> using namespace std; int main() { // 基本while循环 int count = 0; while (count < 5) { cout << "Count: " << count << endl; count++; } // 读取输入直到遇到特定值 int number; cout << "Enter numbers (0 to stop): " << endl; while (cin >> number && number != 0) { cout << "You entered: " << number << endl; } // 无限循环（需要break） int sum = 0; int n; while (true) { cout << "Enter a number (-1 to stop): "; cin >> n; if (n == -1) break; sum += n; } cout << "Sum: " << sum << endl; // do-while循环（至少执行一次） int choice; do { cout << "\nMenu:" << endl; cout << "1. Option 1" << endl; cout << "2. Option 2" << endl; cout << "3. Exit" << endl; cout << "Enter choice: "; cin >> choice; switch (choice) { case 1: cout << "Option 1 selected" << endl; break; case 2: cout << "Option 2 selected" << endl; break; case 3: cout << "Goodbye" << endl; break; default: cout << "Invalid choice" << endl; } } while (choice != 3); return 0; }
3.3.2 for循环
#include <iostream> using namespace std; int main() { // 基本for循环 for (int i = 0; i < 5; i++) { cout << "i = " << i << endl; } // 多种变体 // 1. 省略初始化 int j = 0; for (; j < 5; j++) { cout << "j = " << j << endl; } // 2. 省略条件（无限循环） for (int k = 0; ; k++) { if (k >= 5) break; cout << "k = " << k << endl; } // 3. 省略更新 for (int m = 0; m < 5; ) { cout << "m = " << m << endl; m++; } // 4. 多重初始化（C++允许） for (int a = 0, b = 10; a < b; a++, b--) { cout << "a = " << a << ", b = " << b << endl; } // 5. 范围for循环（C++11） int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5}; for (int x : arr) { cout << x << " "; } cout << endl; // 使用引用修改元素 for (int& x : arr) { x *= 2; } // 使用auto（C++11） for (auto x : arr) { cout << x << " "; } cout << endl; return 0; }
3.3.3 嵌套循环
#include <iostream> #include <iomanip> using namespace std; int main() { // 打印乘法表 cout << "Multiplication Table:" << endl; for (int i = 1; i <= 9; i++) { for (int j = 1; j <= i; j++) { cout << j << "x" << i << "=" << setw(2) << i * j << " "; } cout << endl; } // 打印金字塔 int rows = 5; for (int i = 1; i <= rows; i++) { // 打印空格 for (int j = 1; j <= rows - i; j++) { cout << " "; } // 打印星号 for (int k = 1; k <= 2 * i - 1; k++) { cout << "*"; } cout << endl; } // 使用break跳出内层循环 for (int i = 0; i < 10; i++) { for (int j = 0; j < 10; j++) { if (i * j > 20) { break; // 只跳出内层循环 } cout << i * j << " "; } cout << endl; } return 0; }
3.4 跳转语句
3.4.1 break语句
#include <iostream> using namespace std; int main() { // 在switch中使用 int choice = 2; switch (choice) { case 1: cout << "One" << endl; break; case 2: cout << "Two" << endl; break; // 跳出switch case 3: cout << "Three" << endl; break; } // 在循环中使用 for (int i = 0; i < 100; i++) { if (i == 10) { break; // 跳出循环 } cout << i << " "; } cout << endl; // 查找第一个能被7和13整除的数 int num = 1; while (true) { if (num % 7 == 0 && num % 13 == 0) { cout << "Found: " << num << endl; // 91 break; } num++; } return 0; }
3.4.2 continue语句
#include <iostream> using namespace std; int main() { // 跳过偶数 for (int i = 0; i < 10; i++) { if (i % 2 == 0) { continue; // 跳过本次循环剩余部分 } cout << i << " "; // 只打印奇数 } cout << endl; // 只处理正数 int numbers[] = {1, -2, 3, -4, 5, -6, 7}; int sum = 0; for (int num : numbers) { if (num < 0) { continue; // 跳过负数 } sum += num; } cout << "Sum of positives: " << sum << endl; // 16 // 在while中使用continue要小心 int x = 0; while (x < 10) { x++; // 先递增！ if (x % 3 == 0) { continue; } cout << x << " "; } cout << endl; return 0; }
3.4.3 goto语句
#include <iostream> using namespace std; int main() { // goto语句（尽量避免使用） int i = 0; loop_start: if (i >= 5) { goto loop_end; } cout << "i = " << i << endl; i++; goto loop_start; loop_end: cout << "Loop finished" << endl; // goto的一个合理使用场景：跳出多层循环 for (int a = 0; a < 10; a++) { for (int b = 0; b < 10; b++) { for (int c = 0; c < 10; c++) { if (a * b * c == 27) { cout << "Found: a=" << a << ", b=" << b << ", c=" << c << endl; goto found; // 跳出所有循环 } } } } found: cout << "Search complete" << endl; // 更好的替代：使用函数和return // 或使用标志变量 bool found2 = false; for (int a = 0; a < 10 && !found2; a++) { for (int b = 0; b < 10 && !found2; b++) { for (int c = 0; c < 10; c++) { if (a * b * c == 27) { cout << "Found: " << a << ", " << b << ", " << c << endl; found2 = true; break; } } } } return 0; }
3.4.4 return语句
#include <iostream> using namespace std; // 从函数返回值 int max(int a, int b) { if (a > b) { return a; // 提前返回 } return b; } // void函数中的return void printPositive(int n) { if (n <= 0) { cout << "Not positive" << endl; return; // 提前结束函数 } cout << "Positive: " << n << endl; } // main函数中的return int main() { cout << max(10, 20) << endl; printPositive(5); printPositive(-3); // return 0表示程序成功结束 return 0; // 或者省略，C++会自动return 0 }
3.5 C++17新特性
3.5.1 if和switch的初始化语句
#include <iostream> #include <map> using namespace std; int main() { map<string, int> scores; scores["Alice"] = 90; scores["Bob"] = 85; // C++17: if with initializer if (auto it = scores.find("Alice"); it != scores.end()) { cout << "Alice's score: " << it->second << endl; } // it在这里不可见，避免污染外部作用域 // C++17: switch with initializer switch (int choice = 2; choice) { case 1: cout << "One" << endl; break; case 2: cout << "Two" << endl; break; default: cout << "Other" << endl; } // 实际应用：锁的自动管理 // if (lock_guard<mutex> lock(mtx); shared_data.ready) { // process(shared_data.value); // } return 0; }
3.6 最佳实践
3.6.1 代码风格建议
#include <iostream> using namespace std; int main() { // 1. 总是使用花括号，即使只有一条语句 if (true) { cout << "Good practice" << endl; } // 避免这样： // if (true) // cout << "Risky" << endl; // cout << "This always executes!" << endl; // 不是if的一部分 // 2. 避免深层嵌套，使用提前返回 int value = 10; // 不好的写法 if (value > 0) { if (value < 100) { if (value % 2 == 0) { cout << "Valid even number" << endl; } } } // 好的写法 if (value <= 0) { cout << "Not positive" << endl; } else if (value >= 100) { cout << "Too large" << endl; } else if (value % 2 != 0) { cout << "Not even" << endl; } else { cout << "Valid even number" << endl; } // 或者使用guard clause if (value <= 0 || value >= 100) { cout << "Out of range" << endl; } else if (value % 2 != 0) { cout << "Not even" << endl; } else { cout << "Valid even number" << endl; } // 3. switch中使用枚举代替整数 enum class Operation { Add, Subtract, Multiply, Divide }; Operation op = Operation::Add; switch (op) { case Operation::Add: /* ... */ break; case Operation::Subtract: /* ... */ break; case Operation::Multiply: /* ... */ break; case Operation::Divide: /* ... */ break; } // 4. 范围for循环优先 int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5}; // 推荐 for (int x : arr) { cout << x << " "; } // 不推荐 for (int i = 0; i < 5; i++) { cout << arr[i] << " "; } return 0; }
3.7 本章小结
本章我们学习了：
- if语句的各种形式：简单if、if-else、if-else if链
- switch语句的用法和注意事项（break、fall-through）
- 三种循环：while、do-while、for
- 范围for循环（C++11）
- 跳转语句：break、continue、goto、return
- C++17的if/switch初始化语句
- 控制结构的最佳实践
练习题
基础练习：
1. 编写程序判断一个年份是否是闰年。闰年条件：
- 能被4整除但不能被100整除，或
- 能被400整除
2. 使用switch语句实现简单计算器，支持+、-、*、/运算
3. 编写程序打印斐波那契数列的前n项（使用循环）
4. 编写程序判断一个数是否是质数
进阶练习：
5. 实现数字猜测游戏：
- 程序随机生成1-100的数字
- 用户猜测，程序提示“太大”或“太小”
- 记录猜测次数
- 允许用户选择是否继续游戏
6. 打印菱形图案，用户可以输入行数
7. 编写程序找出1-1000之间的所有完数（等于其因子之和的数）
思考题：
8. 分析以下代码的输出：
<code cpp>
int i = 0;
while (i++ < 5) {
cout << i << " ";
}
</code>
9. 比较for、while、do-while的适用场景，各举一例
10. 研究C++20的ranges库如何改变循环的写法
参考答案
练习1参考：
bool isLeapYear(int year) { return (year % 4 == 0 && year % 100 != 0) || (year % 400 == 0); }
练习4参考：
bool isPrime(int n) { if (n <= 1) return false; if (n <= 3) return true; if (n % 2 == 0 || n % 3 == 0) return false; for (int i = 5; i * i <= n; i += 6) { if (n % i == 0 || n % (i + 2) == 0) { return false; } } return true; }
练习6参考：
#include <iostream> using namespace std; int main() { int n; cout << "Enter number of rows (odd): "; cin >> n; int half = n / 2; // 上半部分 for (int i = 0; i <= half; i++) { for (int j = 0; j < half - i; j++) cout << " "; for (int j = 0; j < 2 * i + 1; j++) cout << "*"; cout << endl; } // 下半部分 for (int i = half - 1; i >= 0; i--) { for (int j = 0; j < half - i; j++) cout << " "; for (int j = 0; j < 2 * i + 1; j++) cout << "*"; cout << endl; } return 0; }
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